Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND LASER PROCESSING DEVICE FOR PROCESSING BIOLOGICAL TISSUE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/106272
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method comprising the provision of a pulsed processing laser beam (50) and the processing of tissue by means of radiation using the pulsed processing laser beam (50), wherein the processing laser beam (50) has a wavelength of the laser pulses ranging between 700 nm and 1400 nm, a half-width value of the laser pulses ranging between 5 ps and 100 ps, and an energy density of the laser pulses on the surface of the tissue ranging between 1.5 J/cm2 and 7.5 J/cm2.

Inventors:
KASENBACHER, Anton (Neuling 5, Traunstein, 83278, DE)
Application Number:
EP2009/001250
Publication Date:
September 03, 2009
Filing Date:
February 20, 2009
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
LUMERA LASER GMBH (Opelstrasse 10, Kaiserslautern, 67661, DE)
KASENBACHER, Anton (Neuling 5, Traunstein, 83278, DE)
International Classes:
A61B18/20; A61C1/00
Domestic Patent References:
1989-02-23
1990-11-01
1997-07-31
2006-03-02
Foreign References:
US20050033388A12005-02-10
Attorney, Agent or Firm:
GRAF LAMBSDORFF, Matthias (LAMBSDORFF & LANGE, Dingolfinger Str.6, München, null, DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Bearbeitung von biologischem Gewebe, umfassend Bereitstellen eines gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahls, und Bearbeiten des Gewebes durch Bestrahlen mit dem gepulsten Be- arbeitungs -Laserstrahl, wobei der Bearbeitungs-Laserstrahl aufweist : eine Wellenlänge der Laserpulse in einem Bereich zwischen 700 nm und 1400 nm, eine zeitliche Halbwerts-Breite der Laserpulse in einem Bereich zwischen 5 ps und 100 ps , und eine Energiedichte der Laserpulse auf der Oberfläche des Gewebes in einem Bereich zwischen 1,5 J/cm 2 und 7,5 J/cm 2 .

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem eine Energie der Laserpulse in einem Bereich unterhalb von 100 μJ, und ein Fokusdurchmesser des Bearbeitungs-Laserstrahls auf ei- ner Oberfläche des Gewebes in einem Bereich zwischen 10 μm und 100 μm eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem eine Wiederholrate der Laserpulse in einem Bereich zwi- sehen 500 Hz und 1000 kHz eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , welches zur Ablation oder Abtragung von Zahnmaterial, insbesondere kariösem Zahnmaterial, eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem der Bearbeitungs-Laserstrahl ein im Wesentlichen rechteckför- miges Strahlprofil aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem der Bereich von dem Bearbeitungs-Laserstrahl abgerastert oder gescannt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem ein von dem Fokus des Bearbeitungs-Laserstrahls erfasster Teilbereich von genau einem Laserpuls beaufschlagt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem einander benachbarte und von je einem Laserpuls erfasste Teilbereiche einen räumlichen überlapp miteinander haben, dessen Fläche kleiner als die Hälfte der Fläche eines Teilbe- reichs ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem eine Regelung durchgeführt wird, sodass während der Bearbeitung die räumliche Lage des Fokus auf der Oberfläche des Be- reichs bleibt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem das Vorhandensein eines in dem Bereich des Gewebes oder in einer Umgebung davon erzeugten Signals und gegebenenfalls dessen Signalstärke detektiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Detektion der Bearbeitungs-Laserstrahl ein- oder ausgeschaltet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei welchem das Signal ein optischer Signal ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei welchem bei dem Bearbeiten des Bereichs ein Plasma erzeugt wird, und das Signal durch eine von dem Plasma erzeugte Strahlung bereitgestellt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei welchem das Signal die zweite oder eine höhere harmonische einer auf den Bereich eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem die elektromagnetische Strahlung diejenige des Bearbeitungs- Laserstrahls ist.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei welchem die elektromagnetische Strahlung diejenige eines Diagnose - Laserstrahls ist, welcher eine Energiedichte auf der Oberfläche des Gewebes aufweist, welche kleiner ist als die Energiedichte, welche zur Bearbeitung des Gewebes erforderlich ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem der Bearbeitungs-Laserstrahl und der Diagnose-Laserstrahl von ein und derselben Laserstrahlquelle erzeugt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem das Signal ein akustisches Signal ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei welchem das Gewebe zusätzlich mit einem Medium, insbesondere einem gasförmigen Medium, insbesondere Luft, beaufschlagt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, bei welchem das Medium mikroskopische Partikel, insbesondere Nanoparti- kel, enthält.

21. Laserbearbeitungsgerät zur Bearbeitung von biologischem Gewebe, umfassend: eine Laserstrahlquelle (1; 10) zum Bereitstellen eines gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahls (50) , und ein Fokussiermittel (2) zum Fokussieren des Bearbeitungs- Laserstrahls (50) , wobei der Bearbeitungs-Laserstrahl (50) aufweist : eine Wellenlänge der Laserpulse in einem Bereich zwischen 700 nm und 1400 nm, eine zeitliche Halbwerts-Breite der Laserpulse in einem Bereich zwischen 5 ps und 100 ps, und

eine Energiedichte der Laserpulse auf der Oberfläche des Gewebes in einem Bereich zwischen 1,5 J/cm 2 und 7,5 J/cm 2 .

22. Laserbearbeitungsgerät nach Anspruch 21, bei welchem eine Energie der Laserpulse in einem Bereich unterhalb von 100 μJ eingestellt ist, und ein Fokus des Bearbeitungs-Laserstrahls (50) auf einer Oberfläche des Gewebes mit einem Fokusdurchmesser in einem Bereich zwischen 10 μm und 100 μm eingestellt ist.

23. Laserbearbeitungsgerät nach Anspruch 21 oder 22, bei welchem eine Wiederholrate der Laserpulse in einem Bereich zwischen 500 Hz und 1000 kHz eingestellt ist.

24. Laserbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 21 bis

23, welches ein dentales Laserbearbeitungsgerät (200) zur Ablation oder Abtragung von Zahnmaterial, insbesondere kariösem Zahnmateri- al ist.

25. Laserbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 21 bis

24, ferner umfassend: eine Laserstrahl -Auskoppeleinheit , und ein mit der Laserstrahl -Auskoppeleinheit (70) verbundenes Fixiermittel (150) zur räumlichen Fixierung eines distalen Endes der Laserstrahl-Auskoppeleinheit (70) in Bezug auf einen Abschnitt des zu bearbeitenden Gewebes .

26. Laserbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 21 bis

25, ferner umfassend: eine Strahlformungs-Einheit (30) zur Formung eines im Wesentlichen rechteckförmigen Strahlprofil des gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahls (50) .

27. Laserbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 19 bis

26, ferner umfassend:

eine Scan-Einheit (80) zum Abrastern oder Scannen eines Bereichs des Gewebes mit dem Bearbeitungs-Laserstrahl (50) .

28. Laserbearbeitungsgerät nach Anspruch 27, bei welchem die Scan-Einheit (80) derart ausgelegt ist, dass ein von dem Fokus des Bearbeitungs-Laserstrahls (50) erfasster Teilbereich von genau einem Laserpuls beaufschlagt wird.

29. Laserbearbeitungsgerät nach Anspruch 27 oder 28, bei wel- ehern die Scan-Einheit (80) derart ausgelegt ist, dass einander benachbarte und von je einem Laserpuls erfasste Teilbereiche einen räumlichen überlapp miteinander haben, dessen Fläche kleiner als die Hälfte eines Teilbereichs ist.

30. Laserbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 21 bis

29, ferner umfassend: eine Autofokus-Einheit (20) zum Konstanthalten der räumlichen Lage des Fokus auf der Oberfläche des Gewebes.

31. Laserbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 21 bis

30, ferner umfassend: eine Detektions-Einheit (110) zur Detektion des Vorhandenseins eines in dem Gewebe oder in einer Umgebung davon er- zeugten Signals und gegebenenfalls von dessen Signalstärke.

32. Laserbearbeitungsgerät nach Anspruch 31, ferner umfassend: eine mit der Detektions-Einheit (110) und mit der Laser- strahlquelle (10) verbundene Kontrolleinheit (120) zum Ein- und Ausschalten der Laserstrahlquelle (10) in Abhängigkeit von einem von der Detektions-Einheit (110) gelieferten Signal .

33. Laserbearbeitungsgerät nach Anspruch 31 oder 32, bei welchem die Detektions-Einheit (110) einen optischen Sensor aufweist.

34. Laserbearbeitungsgerät nach Anspruch 33, bei welchem der optische Sensor für die Erfassung einer Strahlung eines bei der Bearbeitung erzeugten Plasmas ausgelegt ist .

35. Laserbearbeitungsgerät nach Anspruch 33, bei welchem der optische Sensor für die Erfassung einer zweiten oder höheren Harmonischen einer auf das Gewebe eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung ausgelegt ist.

36. Laserbearbeitungsgerät nach Anspruch 31 oder 32, bei welchem die Detektions-Einheit einen akustischen Sensor aufweist.

37. Laserbearbeitungsgerät nach Anspruch 32, bei welchem die Kontroll-Einheit (120) dafür ausgelegt ist, die Laserstrahlquelle (10) auf einen Bearbeitungsmodus oder einen Diagnosemodus einzustellen, wobei im Bearbeitungsmodus der gepulste Bearbeitungs-Laserstrahl erzeugt wird und im Diagnosemodus ein Diagnose-Laserstrahl erzeugt wird, welcher eine Energiedichte auf der Oberfläche des Gewebes aufweist, welche kleiner ist als die Energiedichte, welche zur Bearbeitung des Gewebes erforderlich ist.

Description:

Beschreibung

Verfahren und Laserbearbeitungsgerät zur Bearbeitung von biologischem Gewebe

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von biologischem Gewebe und ein Laserbearbeitungsgerät zur Bearbeitung von biologischem Gewebe.

Ein beispielhaftes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung betrifft das Gebiet der Zahnheilkunde, wobei anstelle eines mechanischen Bohrers zur Ablation bzw. Abtragung von Zahnmaterial, insbesondere kariösem Zahnmaterial, ein Laser- bearbeitungs -Verfahren und ein entsprechendes Laserbearbei- tungsgerät zum Einsatz kommen können. Die Erfindung kann jedoch ebenso auf andere Arten von biologischem Geweben und Gewebetypen, wie beispielsweise Hartgewebe, Weichgewebe und Gewebeflüssigkeiten, angewendet werden.

In der Zahnheilkunde, insbesondere in der Kariestherapie, besteht ein wesentliches Ziel darin, die konventionelle mechanische Bohrervorrichtung ganz oder teilweise durch einen Laser zu ersetzen. Im Gegensatz zu einer mechanischen Bohrervorrichtung wie einer Turbine, bei der zur Abtragung stets ein mechanischer Kontakt des Bohrers mit dem zu bearbeitenden Bereich vorgesehen ist, ermöglicht ein Laserbearbeitungsgerät eine kontaktlose Bearbeitung und Abtragung. Das Laserbearbeitungsgerät ermöglicht somit eine genauere und insbesondere schmerzlose Operation. Schmerzen können bei dem derzeitigen mechanischen Verfahren insbesondere in der Zahnpulpa entweder durch Vibrationen oder durch Wärmezufuhr ausgelöst werden. Bei der mechanischen Turbine tritt oftmals eine Kombination beider Effekte auf, da sie infolge von Vibration und Rotation auch Reibungswärme erzeugt. Diese Effekte lassen sich beim Einsatz eines Laserbearbeitungsgeräts vermeiden.

Im Laufe der letzten Jahre ist eine Reihe von LaserSystemen im Hinblick auf ihren Einsatz in der Zahnheilkunde untersucht worden. In vielen Fällen und gerade bei den ersten vorgeschlagenen Lasersystemen hat sich jedoch gezeigt, dass entwe- der unerwünschte thermische oder andere Nebeneffekte auftraten oder dass die Abtragungseffizienz sich als zu gering erwies . Dies gilt insbesondere für Lasersysteme auf der Basis von gepulsten Laserstrahlquellen, die mit Pulsbreiten im Bereich von Nano- bis MikroSekunden arbeiten, wobei beispiels- weise Excimer-Laser mit Wellenlängen im UV-Bereich oder Er: YSGG- (λ = 2,7 μm) oder Er:YAG-Laser (λ = 2,94 μm) im infraroten Wellenlängenbereich verwendet wurden.

Ein wesentlicher Fortschritt ergab sich erst mit dem Einsatz von Kurzpuls -Lasersystemen im Pikosekunden- bzw. Femtosekun- denbereich und Wellenlängen im sichtbaren bis nah- infraroten Spektralbereich. In ersten experimentellen Studien konnte bereits gezeigt werden, dass diese Systeme eine qualitativ hochwertige Zahnabtragung ermöglichen, wobei die Abtragungs- effizienz zumindest vergleichbar ist mit der Leistungsfähigkeit einer mechanischen Turbine.

Die Druckschrift US 5,720,894 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtragen von Material mittels einer ge- pulsten Laserstrahlquelle. Die zu wählenden Parameter bei der Abtragung hinsichtlich Wellenlänge, Pulsbreite, Energie und Wiederholrate der Laserpulse werden im Wesentlichen lediglich aufgabenhaft derart umschrieben, dass jeder Laserpuls mit einem dünnen Oberflächenbereich des Materials derart wechsel- wirken soll, dass im Fokus des Bearbeitungs-Laserstrahls ein Plasma gebildet wird. Für die genannten Parameter der gepulsten Laserstrahlung werden relativ weite Bereiche angegeben, wobei insbesondere hinsichtlich der Energie der Laserpulse angegeben wird, dass diese bis zu 50 mJ oder bezogen auf die Fläche bis zu 15 J/cm 2 betragen kann. Es ist jedoch zu befürchten, dass bei derartig hohen Pulsenergien bei sehr kurzen bis ultrakurzen Laserpulsen die Strahlungsleistung oder

-intensität im Pulsmaximum Werte erreicht, bei denen durch nicht- lineare Prozesse wie MuItiphotonen- Ionisation, insbesondere unter Beteiligung von mehr als drei Photonen, schädigende Nebeneffekte auftreten. Insbesondere können bei derar- tigen Pulsspitzenleistungen Wassermoleküle ionisiert werden oder es können DNA-Moleküle ionisiert werden, sodass die Erbsubstanz geschädigt werden kann. Es werden in der Druckschrift keine Angaben dahingehend gemacht, wie derartige Schädigungen sicher vermieden werden können. Insbesondere werden keine diesbezüglich einzustellenden Parameter der gepulsten Laserstrahlung angegeben. Auch aus dem übrigen Stand der Technik sind derartige Parameter nicht bekannt.

Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver- fahren zur Bearbeitung von biologischem Gewebe und ein Laserbearbeitungsgerät zur Bearbeitung von biologischem Gewebe anzugeben, bei welchen eine effiziente Bearbeitung eines Gewebes gewährleistet werden kann und gleichzeitig schädigende Einflüsse auf das bearbeitete Gewebe und die unmittelbare Um- gebung minimiert werden können.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Eine wesentliche Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein Verfahren zur Bearbeitung von biologischem Gewebe und ein Laserbearbeitungsgerät zur Bearbeitung von biologischem Gewebe angegeben werden können, welche es erlauben, das Gewebe mit einer ausreichenden Effizienz zu bearbeiten und gleichzeitig dafür Sorge zu tragen, dass im Wesentlichen keine Mehrphotonen- Ionisationsprozesse unter Beteiligung von mehr als drei Photonen stattfinden können. Letzteres bedeutet, dass die in dem Gewebe vorhandenen Was- sermoleküle bei der Bearbeitung mit der Laserstrahlung nicht ionisiert, wodurch gesundheitsschädigende Beeinträchtigungen vermieden werden können. Ebenso wird vermieden, dass durch

die genannten Mehrphotonen- Ionisationsprozesse unter Beteiligung von mehr als drei Photonen DNA-Moleküle ionisiert werden und somit eine Schädigung der Erbsubstanz verursacht wird. Die Erfindung erreicht dies durch Angabe eines Satzes von Pa- rametern eines gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahls.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bearbeitung von Gewebe angegeben, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines gepulsten Bearbeitungs- Laserstrahls und das Bearbeiten des Gewebes durch Bestrahlen mit dem gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahl umfasst, und wobei der gepulste Bearbeitungs-Laserstrahl derart beschaffen ist, dass die Wellenlänge der Laserpulse in einem Bereich zwischen 700 nm und 1400 nm liegt, die zeitliche Halbwertsbreite der Laserpulse in einem Bereich zwischen 5 ps und 100 ps liegt, und die Energiedichte der Laserpulse in einem Bereich zwischen 1,5 J/cm 2 und 7,5 J/cm 2 liegt.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Energie der Laserpulse in einem Bereich unterhalb von 100 μJ eingestellt werden und der Fokus des Bearbeitungs-Laserstrahls auf einer Oberfläche des Gewebes kann mit einem Fokusdurchmesser in einem Bereich zwischen 10 μm und 100 μm eingestellt werden.

Es sei angemerkt, dass von sämtlichen in der vorliegenden Anmeldung genannten Parameterbereichen auch sämtliche darin jeweils enthaltenen inkrementellen Zwischenwerte zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gehören.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können das Verfahren und das Laserbearbeitungsgerät insbesondere zur Ablation oder Abtragung von Zahnmaterial, hierbei insbesondere von kariösem Zahnmaterial, eingesetzt werden.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform liegt die Pulsspitzenintensität der Laserpulse in einem Bereich zwischen 10 11 W/cm 2 und 1,5 10 12 W/cm 2 .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ferner vorgesehen sein, dass die Wiederholrate der Laserpulse in einem Bereich zwischen 500 Hz und 1000 kHz liegt.

Es ist bereits bekannt, dass bei der Bearbeitung von biologischem Gewebe mit einem Kurzpulslaser wie einem Piko- oder Femtosekundenlaser innerhalb einer dünnen Oberflächenschicht im Fokus des Bearbeitungs-Laserstrahls ein Mikroplasma er- zeugt wird, welches nach jedem einzelnen Puls im Verlauf einer Zeitspanne im Nano- bis Mikrosekundenbereich durch AbIa- tion zerfällt. Bei dem Ablations -Vorgang wird im Wesentlichen durch Energieübertrag von den durch Absorption oder Stossio- nisation erzeugten quasi -freien Elektronen an die Atome und Moleküle des Gewebes das Material gewissermaßen aus dem bestrahlten Oberflächenbereich herausgeschleudert. Experimentelle Studien, die an Zahnmaterial durchgeführt wurden, haben nun gezeigt, dass dieser Vorgang mit verhältnismäßig moderaten Werten der Energiedichte, Energie oder Pulsspitzenlei- stung bzw. -intensität im Vergleich mit den im Stand der

Technik genannten Werten erfolgen kann. Mit den genannten Parametern wird das Mikroplasma geringfügig oberhalb der Plas- maerzeugungs- oder Ablationsschwelle generiert. Die Erfindung macht es somit möglich, den Ablations -Vorgang unter größtmög- licher medizinischer und biologischer Verträglichkeit und

Vermeidung unerwünschter Nebeneffekte durchzuführen. Insbesondere wird mit den genannten Parameterwerten eine Mehrphotonen-Ionisation unter Beteiligung von mehr als drei Photonen vermieden und somit erreicht, dass in dem Gewebe vorhandene Wassermoleküle nicht oder jedenfalls nicht in einer nennenswerten Größenordnung ionisiert werden. Jede weitere Erhöhung der Werte für die Energiedichte kann jedoch zu den genannten unerwünschten Effekten führen, wobei gleichzeitig mit keiner wesentlichen Erhöhung der Abtragseffizienz gerechnet werden kann .

Im Allgemeinen wird mit dem Bearbeitungs-Laserstrahl ein bestimmter Oberflächenbereich des biologischen Gewebes bearbeitet, sodass der Laserstrahl gemäß einer weiteren Ausführungs- form in geeigneter Weise über diesen Oberflächenbereich ge- scannt oder gerastert wird. In diesem Zusammenhang kann es sich zusätzlich als vorteilhaft erweisen, wenn der Bearbeitungs-Laserstrahl ein im Wesentlichen rechteckförmiges Strahlprofil (im Englischen auch tophat) aufweist. Bei dem Scan-Vorgang kann dann vorgesehen sein, dass jeder von dem Fokus des Bearbeitungs-Laserstrahls erfasste Teilbereich von genau einem Laserpuls beaufschlagt wird. Diese Maßnahme kann auch unabhängig von dem Vorhandensein eines Tophat-Profils vorgesehen sein, etwa indem beispielsweise festgelegt wird, dass bei dem Scan-Vorgang einander benachbarte und von je ei- nem Laserpuls erfasste Teilbereiche einen räumlichen überlapp miteinander haben, dessen Fläche kleiner als die Hälfte oder kleiner als ein anderer Bruchteil der Fläche eines Teilbereichs ist. Auf diese Weise kann auch bei Vorhandensein eines Gauß-Profils als „Laserstrahl-Querschnitt" erreicht werden, dass im Wesentlichen ein von dem Fokus des Bearbeitungs- Laserstrahls erfasster Teilbereich im Wesentlichen von einem Laserpuls beaufschlagt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass während der Bearbeitung die räumliche Lage des Fokus auf der Oberfläche des Bereichs konstant geregelt wird. Dies kann, wie weiter unter noch näher ausgeführt werden wird, durch eine Autofokus -Einheit verschiedenster Ausprägung erfolgen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zusätzlich und parallel zu der Bearbeitung mit dem Bear- beitungs -Laserstrahl eine Diagnose durchgeführt wird, das Ergebnis der Diagnose ausgewertet und für die Regelung des Be- arbeitungsvorgangs verwendet wird. Hierfür kann das Vorhandensein eines in dem Bereich des Gewebes oder in einer Umgebung davon erzeugten Signals und gegebenenfalls dessen Si-

gnalstärke detektiert werden. Dieses Signal kann beispielsweise ein optisches Signal sein. Insbesondere kann im Falle der Erzeugung eines Mikroplasmas die von dem Plasma erzeugte Strahlung als ein derartiges Signal bereitgestellt werden. Es kann jedoch auch als Signal die zweite oder eine höhere Harmonische einer auf den für die Bearbeitung vorgesehenen Bereich eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung verwendet werden. Dabei kann die elektromagnetische Strahlung diejenige eines insbesondere gepulsten Diagnose-Laserstrahls sein, des- sen Laserpulse eine Energiedichte aufweisen, welche kleiner ist als die zur Bearbeitung des Gewebes erforderliche Energiedichte. Der Bearbeitungs-Laserstrahl und der Diagnose- Laserstrahl können von ein und derselben Laserstrahlquelle erzeugt werden, welche zwischen zwei Betriebsarten hin- und hergeschaltet werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass das Signal ein akustisches Signal ist, wie noch weiter ausgeführt werden wird.

Die bei der Diagnose durchgeführte Detektion des Signals kann dafür verwendet werden, den Bearbeitungs-Laserstrahl ein- oder auszuschalten, insbesondere wenn festgestellt wird, dass das Signal nicht vorhanden ist oder keine ausreichende Si- gnalstärke besitzt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Laserbearbeitungsgerät zur Bearbeitung von biologischem Gewebe angegeben, welches eine Laserstrahlquelle zum Bereitstellen eines gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahls und ein Fokussiermittel zum Fokussieren des Bearbeitungs-Laserstrahls umfasst, wobei die Laserstrahlquelle eingerichtet ist, um eine Wellenlänge der Laserpulse in einem Bereich zwischen 700 nm und 1400 nm einzustellen, eine zeitliche Halbwertsbreite der Laserpulse in einem Bereich zwischen 5 ps und 100 ps einzustellen, und eine Energiedichte der Laserpulse in einem Bereich zwischen 1,5 J/cm 2 und 7,5 J/cm 2 einzustellen.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Laserbearbeitungsgerät als ein dentales Laserbearbeitungsgerät zur Ablation oder Abtragung von Zahnmaterial, insbesondere kariösem Zahnmaterial, ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Laserbearbeitungsgerät des Weiteren eine Strahlformungs -Einheit zur Formung eines im Wesentlichen rechteckförmigen (tophat) Strahl - profus aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Laserbearbeitungsgerät des Weiteren eine Scan-Einheit zum Abrastern oder Scannen eines Bereichs des Gewebes mit dem Bearbeitungs- Laserstrahl aufweisen. Die Scan-Einheit kann derart ausgelegt sein und insbesondere eine derartige Scan-Geschwindigkeit aufweisen, dass ein von dem Fokus des Bearbeitungs-Laserstrahls erfasster Teilbereich von genau einem Laserpuls beaufschlagt wird. Die Scan-Einheit kann ferner derart ausge- legt sein, dass einander benachbarte und von je einem Laserpuls erfasste Teilbereiche einen räumlichen überlapp miteinander haben, dessen Fläche kleiner als die Hälfte oder kleiner als ein anderer Bruchteil eines Teilbereichs ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Laserbearbeitungsgerät ferner eine Autofokus-Einheit zum Konstanthalten der räumlichen Lage des Fokus auf der Oberfläche des Gewebes aufweisen.

Es kann dabei noch zusätzlich vorgesehen sein, dass eine möglichst grosse numerische Apertur (NA) gewählt wird, dass also unter den gegebenen Möglichkeiten für die Anordnung und Ausgestaltung der Linse und der Autofokuseinheit diejenige mit der grosstmöglichen numerischen Apertur ausgewählt wird. Je grösser die numerische Apertur ist, umso kleiner ist die erreichbare Fokusgrösse (oder das Fokusvolumen) auf der zu be-

arbeitenden Gewebeoberfläche und umso kleiner kann die Energie der Laserpulse gewählt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Laserbearbei- tungsgerät ferner eine Detektions-Einheit zur Detektion des Vorhandenseins eines in dem Gewebe oder in einer Umgebung davon erzeugten Signals und gegebenenfalls von dessen Signal - stärke aufweisen. Mit der Detektions-Einheit kann eine Kontrolleinheit verbunden sein, welche zum Ein- oder Ausschalten der Laserstrahlquelle in Abhängigkeit von einem von der Detektions-Einheit gelieferten Signal ausgelegt ist.

Die Detektions-Einheit kann einen optischen Sensor aufweisen, welcher beispielsweise für die Erfassung einer Strahlung ei- nes bei der Bearbeitung erzeugten Plasmas oder für die Erfassung einer zweiten oder höheren Harmonischen einer auf das Gewebe eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung ausgelegt ist.

Die Detektions-Einheit kann auch einen akustischen Sensor aufweisen, falls das zu detektierende Signal ein akustisches Signal ist.

Die Kontrolleinheit kann dafür ausgelegt sein, die Laser- strahlquelle auf einen Bearbeitungs-Modus oder einen Diagnose-Modus einzustellen, wobei im Bearbeitungs-Modus der gepulste Bearbeitungs-Laserstrahl erzeugt wird und im Diagnose - Modus ein insbesondere gepulster Diagnose-Laserstrahl erzeugt wird, mit dem eine Bearbeitung des Gewebes nicht möglich ist und/oder dessen Laserpulse eine Energiedichte aufweisen, welche kleiner ist als die Energiedichte, welche zur Bearbeitung des Gewebes erforderlich ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Laserbearbei- tungsgerät ferner, insbesondere wenn es als ein dentales Laserbearbeitungsgerät ausgelegt ist, ein Fixiermittel aufweisen, mit welchem eine als ein Handstück ausgebildete Auskop-

peleinheit mit ihrem distalen Ende in Bezug auf den zu bearbeitenden Zahn fixiert wird.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Aus führungsform eines Laserbearbeitungsgeräts;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Aus- führungsform eines Laserbearbeitungsgeräts; und

Fig. 3A,B schematische Darstellungen zweier Ausführungsformen eines mit einem distalen Ende einer Laserstrahl - Auskoppeleinheit verbundenen Fixierelements.

In der Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines Laserbearbei- tungsgeräts schematisch dargestellt. Das Laserbearbeitungsgerät 100 ist im dargestellten Fall ein dentales Laserbearbei- tungsgerät, mit welchem Zahnmaterial, insbesondere kariöses

Zahnmaterial, bearbeitet bzw. abgetragen oder ablatiert werden kann. Das Laserbearbeitungsgerät kann jedoch auch ein anderes medizinisches Laserbearbeitungsgerät zur Bearbeitung einer anderen Art von biologischem Gewebe sein.

Das Laserbearbeitungsgerät 100 weist eine Laserstrahlquelle 1 auf, welche einen gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahl emittiert. Die Wellenlänge des Bearbeitungs-Laserstrahls liegt in einem Bereich zwischen 700 nm und 1400 nm, während die PuIs- dauer der Laserpulse in einem Bereich zwischen 5 ps und 100 ps liegt.

Der Bearbeitungs-Laserstrahl wird einer Fokussiereinheit 2 zugeführt, mittels welcher der Bearbeitungs-Laserstrahl auf einen zu bearbeitenden Zahn 4 eines Patienten fokussiert wird. Gegebenenfalls kann der Bearbeitungs-Laserstrahl vorher durch eine optische Umlenkeinheit 3 wie einen Spiegel oder

ein Umlenkprisma umgelenkt werden. Der Bearbeitungs- Laserstrahl wird derart fokussiert, dass die Laserpulse auf der Oberfläche des Zahns 4 eine Energiedichte in einem Bereich zwischen 1,5 J/cm 2 und 7,5 J/cm 2 besitzen.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Laserstrahlquelle 1 die Laserpulse solchermaßen generiert, dass diese eine Energie pro Puls in einem Bereich unterhalb von 100 μJ aufweisen. In diesem Fall ist die Fokussiereinheit 2 für die Einhaltung der obigen Werte für die Energiedichte derart einzustellen, dass der Bearbeitungs-Laserstrahl auf der Oberfläche des Zahns 4 einen Fokus mit einem Fokusdurchmesser in einem Bereich von 10 μm bis 100 μm aufweist.

Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Laserstrahlquelle 10 die Laserpulse mit einer Repetitionsrate in einem Bereich von 500 Hz bis 1000 kHz emittiert.

In der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Laserbe- arbeitungsgeräts schematisch und mit nicht maßstabgetreuen Größenverhältnissen dargestellt. Die in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts 200 umfasst eine Laserstrahlquelle 10, die einen gepulsten Bearbeitungs- Laserstrahl 50 emittiert. Die Laserstrahlquelle 10 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein mit einem transienten oder einem regenerativen Verstärker gekoppelter Nd: YAG-Laser , welcher Laserpulse bei einer Wellenlänge von 1064 nm emittiert. Es kann hier auch eine andere Laserstrahlquelle wie beispielsweise ein Nd:YVO 4 - oder ein Nd: GdVO 4 -Laser verwendet werden. Die Pulsdauer der Laserpulse beträgt 10 ps und die

Wiederholrate der Laserpulse liegt in einem Bereich zwischen 1 kHz und 100 kHz. Die Energie der Laserpulse beträgt 40 μJ. Bei einer Repetitionsrate von 100 kHz beträgt die mittlere Strahlungsleistung 4 W.

Der von der Laserstrahlquelle 10 emittierte Bearbeitungs- Laserstrahl 50 trifft in seinem Strahlenverlauf bei der in

der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform auf eine optische Umlenkeinheit 60, die jedoch nur für die Wellenlänge des Bearbei- tungs -Laserstrahls 50 als Umlenkeinheit wirkt, sodass der Bearbeitungs-Laserstrahl 50 um ca. 90° umgelenkt wird.

Im Strahlengang des Bearbeitungs-Laserstrahls 50 befindet sich anschliessend eine Strahlformungs-Einheit 30, mit welcher ein rechteckförmiges oder Tophat -Strahlprofil erzeugt wird.

Anschließend tritt der Bearbeitungs-Laserstrahl 50 in eine als ein Handstück ausgebildete Laserstrahl-Auskoppeleinheit 70 ein. Die Auskoppeleinheit 70 enthält in ihrem vorderen Abschnitt eine Linse 2, die Teil einer Autofokus-Einheit 20 ist. Die Autofokus-Einheit 20 bewirkt mit an sich bekannten

Mitteln, dass der von der Linse 2 erzeugte Fokus stets innerhalb der Ebene der bearbeiteten Oberfläche des Zahns 40 liegt. Die Autofokus-Einheit 20 kann insbesondere mit einer optischen Sensoreinrichtung zusammenwirken, welche eine von der Oberfläche des Zahns zurückgeworfene Strahlung dahingehend auswertet, ob die Oberfläche noch im Fokus der Laserstrahlung liegt. Darauf hin wird ein Steuersignal an die Autofokus-Einheit 20 übermittelt, um eine geeignete Maßnahme zu ergreifen, so dass die Oberfläche des Zahns 40 wieder in den Fokus des Laserstrahls gelangt. Diese Maßnahme kann beispielsweise in einer Bewegung der Linse 2 vor oder zurück entlang des Ausbreitungsweges des Laserstrahls 50 bestehen. Dies kann durch einen schnellen Schrittmotor gewährleistet werden, der mit einem Schlitten verbunden ist, auf welchem die Linse 2 montiert ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Linse 2 derart ausgestaltet ist, dass sich ihre Brechkraft verändern lässt .

Gemäß der Ausführungsform der Fig. 2 ist die Linse 2 derart angeordnet, dass sie auf der Oberfläche des Zahns 40 einen Fokus mit einem Fokusdurchmesser von 40 μm erzeugt. Mit dem weiter oben genannten Wert für die Pulsenergie eines Laser-

pulses ergibt sich somit eine Energiedichte von 3,18 J/cm 2 , woraus sich wiederum eine Pulsspitzenintensität von 3,18 • 10 11 W/cm 2 ergibt. Dies entspricht einer Photonen- Flussdichte von 1,7 • 10 30 Photonen • cm "2 • s "1 . Die elektri- sehe Feldstärke des elektromagnetischen Wechselfeldes beträgt 1,55 10 7 V/cm und die mittlere Oszillationsenergie der Elektronen im elektromagnetischen Wechselfeld beträgt 0,021 eV.

Es sei angemerkt, dass die Strahlformungseinheit 30 sich auch im Strahlengang hinter der Linse 2, also insbesondere auch im Handstück 70 befinden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass Autofokuseinheit 20 und Strahlformungseinheit 30, insbesondere Linse 2 und Strahlformungseinheit 30, zu einem ge- meinsamen optischen Bauelement zusammengefasst werden.

In einem weiteren Abschnitt der Auskoppeleinheit 70 ist eine Scan-Einheit 80 angeordnet, mit welcher der Bearbeitungs- Laserstrahl 50 in ebenfalls an sich bekannter Weise, bei- spielsweise mittels zweiter sich gegenüberstehender rotierender Spiegel, über einen bestimmten Bereich der zu bearbeitenden Oberfläche des Zahns 40 gerastert oder gescannt werden kann. Mittels einer weiteren Umlenkeinheit 90, wie beispielsweise eines Umlenkprismas oder eines reflektierenden Spiegels wird dann der Bearbeitungs-Laserstrahl 50 in Richtung auf den Zahn 40 umgelenkt.

In dieser Ausführungsform ist also die Scan-Einheit 80 im Handstück angeordnet. Es sind jedoch auch andere Ausführungs- formen denkbar, in denen die Scan-Einheit im Strahlengang vor dem Handstück, d.h. insbesondere innerhalb eines Spiegelgelenkarms oder am Eingang eines Spiegelgelenkarms der optischen Einrichtung vor dem Handstück angeordnet ist.

Die als ein Handstück ausgebildete Auskoppeleinheit 70 muss bei der Bearbeitung von dem behandelnden Arzt gehalten und auf den zu bearbeitenden Zahn gerichtet werden. Um diese Art

von Handhabung zu erleichtern und insbesondere um die Position und Ausrichtung des distalen Endes der Auskoppeleinheit 70 in Bezug auf den zu bearbeitenden Zahn 40 konstant zu halten, ist ein trichterförmiges Fixierelement 150 an dem dista- len Ende der Auskoppeleinheit 70 befestigt und kann während der Bearbeitung an dem Zahn 40 geeignet fixiert werden, wie in Verbindung mit Fig. 3A noch näher erläutert werden wird.

Das Behandlungsverfahren kann zusätzlich unter einer vorgege- benen kontrollierten Atmosphäre oder unter anderen vorgegebenen Bedingungen wie Airflow oder dergleichen durchgeführt werden.

Die in dem bearbeiteten Bereich der Oberfläche des Zahns 40 oder in einer Umgebung davon erzeugten optischen oder akustischen Signale können detektiert und zu Diagnosezwecken verwendet werden. Bezüglich optischer Signale wurde bereits erläutert, dass diese beispielsweise entweder auf der Plasmastrahlung oder der zweiten (SHG, second harmonic generati- on) oder einer höheren Harmonischen von elektromagnetischer Strahlung beruhen, die auf das für eine Bearbeitung vorgesehene Zahnmaterial einwirkt. Das in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel soll im Folgenden anhand des letztgenannten Falls der Detektion eines SHG-Signals erläutert werden.

Bei dieser Art der Diagnose wird in der Laserstrahlquelle 10 ein Diagnose -Modus eingestellt, bei welchem ein Diagnose- Laserstrahl emittiert wird, dessen Energie oder Energiedichte unterhalb der Ablations- oder Plasma-Erzeugungsschwelle liegt, sodass mit diesem Laserstrahl keine Bearbeitung stattfinden kann. Mit dem Diagnose-Laserstrahl, welcher ebenso wie der Bearbeitungs-Laserstrahl gepulst ist, soll untersucht werden, ob ein zu bearbeitender Oberflächenbereich des Zahns gesundes oder kariöses Zahnmaterial enthält. Gesundes Zahnma- terial liefert ein höheres SHG-Signal als kariöses Material. Die solchermaßen an der Zahnoberfläche erzeugte frequenzverdoppelte Strahlung durchläuft in umgekehrter Richtung zumin-

dest teilweise den Strahlengang des Bearbeitungs-Laserstrahls, wie er oben beschrieben worden ist, wird also von der Umlenkeinheit 90 umgelenkt, durchläuft die Scan-Einheit 80, die Autofokus-Einheit 20 mit der Linse 2 und trifft schließlich auf den Strahlteiler 60, der jedoch für die Wellenlänge des SHG-Signals durchlässig ist, sodass die frequenzverdoppelte Strahlung einer optischen Erfassungseinrichtung 110 zugeführt werden kann. Als optische Erfassungseinrichtung 110 kann ein einfacher Photodetektor vorgesehen sein, mit dem die Intensität der SHG-Strahlung gemessen wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass als optische Erfassungseinrichtung 110 ein komplexeres System wie ein Spektrometer , eine CCD-Kamera oder ein CMOS -Bildsensor verwendet wird. Derartige optische Erfassungseinrichtungen können beispielsweise gleichzeitig dafür dienen, mit der Autofokus -Einheit 20, wie oben bereits angedeutet, in geeigneter Weise zusammenzuwirken.

Die von der optischen Erfassungseinrichtung 110 ermittelten Werte für die SHG-Strahlung werden in ein Signal 115 umgewandelt und einer kombinierten Auswerte- und Steuereinheit 120 zugeführt, wobei es sich bei der Auswerte- und Steuereinheit 120 bei dieser Ausführungsform auch um ein ComputerSystem handeln kann. Es sind aber auch prinzipiell alle anderen Steuer- und Regelsysteme denkbar, wie z.B. SPS (speicherprogrammierbare Steuerungen) , Mikro- Controller oder analoge Regelkreise .

Der Auswerte- und Steuereinheit 120 kann ein Signal von der Laserstrahlungsquelle 10 zugeführt werden, welches Daten über den Betriebszustand der Laserstrahlungsquelle 10 enthält. Die Auswerte- und Steuereinheit 120 gibt in Abhängigkeit von dem von der optischen Erfassungseinrichtung 110 übermittelten Signal 115 ein Steuersignal aus, welches der Laserstrahlungs- quelle 10 zugeführt wird und die Laserstrahlungsquelle 10 beispielsweise von einem Ruhemodus in einen Bearbeitungsmodus schaltet, etwa wenn die optische Erfassungseinrichtung 110

aufgrund eines zu niedrigen, einen kariösen Zustand anzeigendes SHG-Signals ein entsprechendes Signal 115 der Auswerte- und Steuereinheit 120 übermittelt.

Die in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsform umfasst insbesondere eine Laserstrahlungsquelle 10, die schnell zwischen den Betriebsarten „Aus" (Ruhemodus) , „Diagnostik" und „Therapie" (Bearbeitung) umschalten kann. Hierbei soll unter „schnell" eine Zeit verstanden werden, die sowohl von dem Patienten als auch von dem behandelnden Arzt nicht als Unterbrechung der

Behandlung wahrgenommen wird, d.h. beispielsweise kleiner als 0,1 Sek.

In dieser Ausführungsform emittiert die Laserstrahlquelle 10 sowohl den Bearbeitungs-Laserstrahl während dem „ Therapie "- Modus als auch unter geänderten Bedingungen den Diagnose - Laserstrahl während dem „ Diagnostik" -Modus . Der Unterschied zwischen dem Diagnostik- und dem Therapie-Modus ist im Wesentlichen die Energiedichte pro Puls in J/cm 2 , die auf die Zahnoberfläche appliziert wird. Im Diagnose-Modus muss die Energiedichte sicher unterhalb der Ablations-Schwelle sein, während sie im Therapie-Modus darüber liegt.

Unterschieden werden kann zwischen Methoden des schnellen Um- Schaltens innerhalb und außerhalb des Lasers. Zum Schalten werden üblicherweise akusto-optische oder elektro-optische Modulatoren eingesetzt. Bei der akusto-optischen Modulation wird der Laserstrahl räumlich durch die Beugung in einem Brechungsindexgitter abgelenkt, im Fall der elektro-optischen Modulation erfolgt eine Polarisationsdrehung, die zusammen mit einem polarisationsselektiven optischen Element (Polarisator) die Modulation hervorruft. Bei den optischen Verstärkern unterscheidet man zwischen transienten Einfachoder Mehrfach-Durchlaufverstärkern und den regenerativen Ver- stärkern, die einen Verstärkerresonator besitzen.

Die verwendete Laserstrahlquelle kann beispielsweise einen transienten Verstärker enthalten und ein elektro-optischer Modulator (EOM) kann zwischen dem ps-Oszillator und dem Verstärker angeordnet sein. Die Schalttechnik erlaubt ein An- und Ausschalten der Hochspannung des EOM (beispielsweise Pok- kels-Zelle) mit Schaltzeiten von 4 - 5 ns . Außerdem kann das System auch Bursts von Laserpulsen erzeugen, d.h. mehr als einen verstärkten ps-Impuls pro Schaltzyklus.

Damit stehen für das schnelle Umschalten zwischen den Betriebsarten die folgenden Varianten zur Verfügung:

A) Umschalten der Repetitionsrate

Mit dem Umschalten der Repetitionsrate wird die Pulsener- gie pro Puls verändert. Höhere Repetitionsraten haben bedingt durch die Funktionsweise des Lasers geringere Pulsenergien als niedrigere Repetitionsraten. Der Therapie- Modus weist dann eine niedrige Repetitionsrate von beispielsweise 100 kHz auf, während der Diagnostik-Modus bei einer hohen Repetitionsrate von beispielsweise 500 kHz läuft, wobei der Energieunterschied der Pulsenergien zwischen den beiden Modi einen bestimmten Faktor betragen kann, der von dem Repetitionsratenhub und der verwendeten Laserstrahlquelle abhängen kann. Dieser Faktor kann bei- spielsweise eine Zahl zwischen 1 und 10, beispielsweise 3 oder 5, oder auch eine andere Zahl sein. Dieses Umschalten geschieht prinzipiell pulsgenau, d.h. von einem Puls zum nächsten, und die tatsächliche Geschwindigkeit hängt von der Signalverarbeitung der Software und der Elektronik ab, die typisch bei 100 ns liegt. Das Umschalten der Repetitionsrate kann innerhalb einer Zeit kürzer als 1 ms oder sogar kleiner als 1 μs erfolgen.

B) Umschalten von Single-Puls-Betrieb auf Burst-Mode Hier wird bei fester Repetitionsrate von beispielsweise 100 kHz die Energie des Laserimpulses im Single-Puls- Betrieb auf mehrere Impulse verteilt, sodass die Pulsener-

gie der Pulse im Burst kleiner als die Ablations-Schwelle ist, sodass also im Therapie-Modus der Single-Puls-Betrieb eingestellt wird, während im Diagnostik-Modus der Burst- Betrieb eingestellt wird. Dieses Umschalten geschieht wie im Fall A) prinzipiell pulsgenau und ist ebenso durch die Signalverarbeitung der Software und Elektronik limitiert. Somit kann das Umschalten ebenfalls schneller als 1 μs erfolgen.

C) An- und Ausschaltung der Hochspannung für den EOM

Diese Methode erlaubt bei den besten heutigen HV-Netz- teilen Schaltzeiten von > 1 ms . Nachteilig kann gegebenenfalls bei derart schnellem Schalten eine Abweichung von dem idealen Rechteck- Impuls sein, das sich optisch in un- terschiedlich starken Pulsen wiederspiegeln würde. Außerdem kommt es beim Einschalten durch die gespeicherte Pumpenergie im Verstärker zu einer Erhöhung der Pulsenergie der ersten Pulse. Diese Pulsenergie-überhöhung kann abhängig von der Auslegung des Verstärkers bis zu einer Größen- Ordnung betragen.

D) Motorische Drehung der Polarisation

Zusammen mit einem polarisationsselektiven Element kann die Energie der Laserpulse gesteuert werden. Dieses ist in den Standard-Lasern der Anmelderin Lumera implementiert.

Es wird erwartet, dass mit verbesserten Motoren oder einem schnellen Hin- und Herklappen Umschaltzeiten bis etwa 10 ms erreicht werden können.

Der ps -Laser kann auch im konstanten Modus betrieben werden und die Modulation der Ausgangsstrahlung kann mit weiteren externen Modulatoren (AOM, EOM) , die dann frei triggerbar sind, realisiert werden. Die Geschwindigkeit bei Verwendung eines externen EOMs entspricht der vom Fall A) und B) , wäh- rend man im Fall C) bei externer Modulation nicht den Nachteil der Energie-überhöhung der ersten Impulse hat.

Es wird angemerkt, dass in der Umschaltbarkeit der Laserstrahlquelle zwischen einem Therapie- oder Bearbeitungs-Modus und einem Diagnostik-Modus bei geänderten Parametern der Laserstrahlung eine eigenständige Erfindung gesehen wird, die unabhängig von dem Hauptaspekt der vorliegenden Anmeldung, nämlich den Parametern des gepulsten Bearbeitungs- Laserstrahls, ist. Dieser Aspekt bezieht sich somit auf ein Laserbearbeitungsgerät zur Bearbeitung von biologischem Gewebe, welches eine Laserstrahlquelle zum Bereitstellen eines gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahls und eines gepulsten Diagnose-Laserstrahls, umfasst, wobei die Laserpulse des gepulsten Diagnose-Laserstrahls eine Pulsenergie aufweisen, die geringer ist als die zur Bearbeitung bzw. Ablation des Gewebes notwendige Pulsenergie. Das Laserbearbeitungsgerät kann optional ein oder mehrere weitere Merkmale aufweisen, wie sie in dieser Anmeldung in Verbindung mit dem Hauptaspekt beschrieben wurden. Der genannte Aspekt bezieht sich ebenso auf ein Verfahren zur Bearbeitung von biologischem Gewebe, umfassend das Bereitstellen eines gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahls und das Bearbeiten des Gewebes durch Bestrahlen mit dem gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahl, und das Diagnostizieren mit einem gepulsten Diagnose-Laserstrahl, wobei die Laserpulse des gepulsten Diagnose-Laserstrahls eine Pulsenergie aufwei- sen, die geringer ist als die zur Bearbeitung bzw. Ablation des Gewebes notwendige Pulsenergie. Das Verfahren kann optional ein oder mehrere weitere Merkmale aufweisen, wie sie in dieser Anmeldung in Verbindung mit dem Hauptaspekt beschrieben wurden. Der in diesem Absatz beschriebene nebengeordnete Aspekt kann sich auch auf die Bearbeitung anderer Materialien beziehen, wobei mit einem Diagnose- oder Prüf -Laserstrahl bestimmte Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials untersucht und gewissermassen „abgefragt" werden, bevor dann abhängig von dem Ergebnis der Untersuchung die eigentliche Be- arbeitung mit dem Bearbeitungs-Laserstrahl erfolgt.

In einer weiteren nicht zeichnerisch dargestellten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass als Detektions- signal ein akustisches Signal herangezogen wird. Es wurde festgestellt, dass bei der Erzeugung eines Plasmas während des Bearbeitungsmodus ein charakteristisches akustisches Signal erzeugt wird. Sowie die Plasmastrahlung durch einen optischen Sensor detektiert werden kann, kann analog das akustische Geräusch durch einen akustischen Sensor erfasst werden und der Auswerte- und Steuereinheit 120 zur weiteren Ver- arbeitung zugeführt werden. Es wird angemerkt, dass in der Detektion des Vorhandenseins eines akustischen Signals und gegebenenfalls von dessen Signalstärke eine eigenständige Erfindung gesehen wird. Dieser Aspekt bezieht sich somit auf ein Laserbearbeitungsgerät zur Bearbeitung von biologischem Gewebe, welches eine Laserstrahlquelle zum Bereitstellen eines gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahls, und eine Detektions- Einheit zur Detektion eines akustischen Signals und zur Steuerung der Laserstrahlquelle in Abhängigkeit von dem Vorhandensein und gegebenenfalls der Signalstärke des akusti- sehen Signals umfasst. Das Laserbearbeitungsgerät kann optional ein oder mehrere weitere Merkmale aufweisen, wie sie in dieser Anmeldung in Verbindung mit dem Hauptaspekt beschrieben wurden. Dieser Aspekt bezieht sich ebenso auf ein Verfahren zur Bearbeitung von biologischem Gewebe, umfassend das Bereitstellen eines gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahls und das Bearbeiten des Gewebes durch Bestrahlen mit dem gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahl, und das Detektieren eines akustischen Signals und das Steuern der Laserstrahlquelle in Abhängigkeit von dem Vorhandensein und gegebenenfalls der Signal- stärke des akustischen Signals. Das Verfahren kann optional ein oder mehrere weitere Merkmale aufweisen, wie sie in dieser Anmeldung in Verbindung mit dem Hauptaspekt beschrieben wurden .

In den Fig. 3A,B sind Ausführungsbeispiele für ein Fixierelement perspektivisch in einem etwas grosseren Detail dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel der Fig.3A ist das Fixie-

relement 150 als Trichter ausgebildet. Das trichterförmige Fixierelement 150 kann beispielsweise als Aufsatz ausgebildet sein, welcher an einem distalen Ende der als Handstück ausgebildeten Auskoppeleinheit 70 in geeigneter Weise befestigt, z.B. aufgeschraubt werden kann. Je nach der Bearbeitungssituation kann ein Aufsatz mit einer gewünschten Länge oder Form oder einem geeigneten Durchmesser am unteren Ende ausgewählt werden. Er kann wie dargestellt einen sich nach unten verjüngenden Durchmesser aufweisen. Es sind jedoch auch For- men denkbar, deren Durchmesser sich nach unten verbreitern.

Die trichterförmige Form des Fixierelements bietet ausser der Fixierung die Möglichkeit, die Behandlung in einem von dem übrigen Mundraum abgeschlossenen Raum durchführen zu können. Des Weiteren kann das ablatierte Material kontrolliert abge- saugt und durch das Handstück abgeführt werden (nicht dargestellt) . Des Weiteren kann ein weiteres Medium 55 wie Kühlungsluft durch eine im Handstück geführte Leitung 71 zugeführt und durch eine untere öffnung des Handstücks in Richtung auf den behandelten Zahn gelenkt werden. An der öffnung kann zu diesem Zweck eine verstellbare Düse 72 angebracht sein, durch die das Medium 55 gezielt auf den behandelten Bereich gelenkt wird.

In einer weiteren Ausführungsform können mikroskopische Par- tikel wie Nanopartikel oder dergleichen auf den behandelten Bereich gerichtet werden. Diese Nanopartikel können eine bestimmte vorgegebene Form aufweisen, um eine gewünschte Wechselwirkung mit dem ablatierten oder mit einem noch nicht ab- latierten und für eine Bearbeitung vorgesehenen Material ein- zugehen, und damit den gesamten Bearbeitungsprozess und insbesondere den Ablationsprozess günstig zu beeinflussen. Beispielsweise können die Nanopartikel zur Gewebsdifferenzierung (gesund/erkrankt) eingesetzt werden. Auch können die Nanopartikel in Verbindung mit Verfahren wie photodynamische Thera- pie (PDT) , Photopolymerisation (beispielsweise Abdeckung einer offenen Pulpa per Verbund synthetischer kollagener Fasern) oder Photokoagulation durch ihre Wechselwirkung mit dem

Gewebe günstige und den Prozess fördernde Wirkungen zeitigen. Eine weitere vorteilhafte Wirkung von Nanopartikeln könnte in einer Steigerung der Ablationseffizienz bei unveränderter Laserintensität oder umgekehrt in einer Minimierung der La- serintensität bei gleichbleibender Ablationseffizienz (je nach Priorität) bestehen. Da stets oberste Maxime des behandelnden Arztes eine Minimierung der schädigenden Begleiterscheinungen (Prinzip des primum non nocere) ist, können Nano- partikel auch dazu genutzt werden, noch vorhandene freie Elektronen weiter zu reduzieren, um so die biologischmedizinische Verträglichkeit (Biosafety) weiter zu steigern.

Die mikroskopischen Partikel können beispielsweise eine Grö- sse von 1 nm bis 1 μm aufweisen. Sie können zusammen mit ei- nem Medium 55 wie Kühlungsluft zugeführt werden und beispielsweise als angereicherte Kühlungsluft durch die Zuführungsleitung 71 zugeführt und mittels der Düse 72 gezielt auf den behandelten Bereich gerichtet werden.

Es sei angemerkt, dass auch in der Zuführung von mikroskopischen Partikeln wie Nanopartikeln bei der Laserbearbeitung von biologischem Gewebe eine eigenständige Erfindung gesehen wird, die unabhängig von dem Hauptaspekt der vorliegenden Anmeldung, nämlich den Parametern des gepulsten Bearbeitungs- Laserstrahls, ist. Dieser Aspekt bezieht sich somit auf ein Verfahren zur Bearbeitung von biologischem Gewebe, umfassend das Bereitstellen eines gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahls und das Bearbeiten des Gewebes durch Bestrahlen mit dem gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahl und das unterstützende Zu- führen mikroskopischer Partikel wie Nanopartikel zu dem bearbeiteten Gewebebereich. Das Verfahren kann optional ein oder mehrere weitere Merkmale aufweisen, wie sie in dieser Anmeldung beschrieben wurden.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig.3B ist das Fixierelement als Drahtbügel 250 ausgebildet. Der Drahtbügel 250 ist an einem distalen Ende der als Handstück ausgebildeten Auskoppe-

leinheit 70 in geeigneter Weise befestigt, etwa indem er beispielsweise durch eine öffnung in der Außenwand des Handstücks geführt ist. Er besteht im Wesentlichen aus einem einstückigen Draht, welcher einen langgezogenen linearen Ab- schnitt aufweist, welcher an seinem unteren Ende in einen weiteren Abschnitt mündet, der zu einem Ring geformt ist. Der ringförmige Abschnitt ist dabei nicht vollständig in sich geschlossen, vielmehr endet ein Ende des ringförmigen Abschnitts in einem Abstand von dem Punkt, an welchem der Ii- neare Abschnitt in den ringförmigen Abschnitt übergeht. Somit kann der ringförmige Abschnitt in gewissen Grenzen in seinem Durchmesser verändert werden. Der ringförmige Abschnitt dient dazu, während der Bearbeitung den zu bearbeitenden Zahn zu umfassen und solchermaßen für eine fixe Positionierung und Ausrichtung des distalen Endabschnitts des Handstücks in Bezug auf den zu bearbeitenden Zahn zu sorgen.

Es wird angemerkt, dass in der generellen Anordnung eines Fixierelements zur Fixierung der räumlichen Position eines Handstücks für die Laserbearbeitung von biologischem Gewebe in Bezug auf einen zu bearbeitenden Bereich eine eigenständige Erfindung gesehen wird, die unabhängig von dem Hauptaspekt der vorliegenden Anmeldung, nämlich den Parametern des gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahls, ist. Dieser Aspekt bezieht sich somit auf ein Fixierelement, welches zwischen einer Laserstrahl-Auskoppeleinheit und einem Abschnitt eines zu bearbeitenden biologischen Gewebes befestigbar ist. Das Fixierelement kann optional ein oder mehrere weitere Merkmale aufweisen, wie sie in dieser Anmeldung beschrieben wurden. Die- ser Aspekt kann sich auch auf eine ein derartiges Fixierelement enthaltende, insbesondere einstückig mit dem Fixierelement verbundene Laserstrahl -Auskoppeleinheit beziehen.