Laser-Induced Optical Breakdown (LIOB)
Laser-Induced Optical Breakdown (LIOB)
Wer sich mit professionellen medizinischen Lasersystemen zur Tattooentfernung und Co. beschäftigt, stößt schnell auf beeindruckende Marketingangaben.
Da ist gerne die Rede von besonders hohen Pulsenergien, maximalen Leistung wie im Kernkraftwerk oder „extrem starken“ Laserimpulsen als müsse man aufs Schlachtfeld ziehen.
Solche Angaben wirken auf den ersten Blick natürlich überzeugend. Vor allen Dingen, wenn ein Laser-Fabrikat mehr davon hat als das vom Nachbarn. Aus physikalischer Sicht sagen sie jedoch nur wenig über die tatsächliche Wirksamkeit eines Laserssystems aus.
Die Tattoo- und Pigmententfernung mittels Lasertherapie beruht auf einem komplexen Zusammenspiel mehrerer Parameter. Entscheidend sind insbesondere Wellenlänge, Pulsdauer, Fluenz und Spotgröße und ihren jeweiligen Bauteilkomponenten.
Erst das Zusammenspiel all dieser Faktoren bestimmt, wie effektiv Pigmentpartikel im Hautgewebe fragmentiert werden können.
Das physikalische Grundprinzip der Laser-Tattooentfernung
Die dermatologische Lasertherapie basiert auf dem Prinzip der Selectiven Photothermolyse. Dieses Konzept wurde bereist 1983 von R. Rox Anderson und John A. Parrish beschrieben.
Dieses Prinzip besagt vereinfacht:
Ein Ziel-Chromophor absorbiert Licht einer bestimmten Wellenlänge stärker als das umliegende Hautgewebe. Bei der Tattooentfernung sind diese Chromophore die in der Dermis gespeicherten Pigmentpartikel der Tätowierfarbe.
Durch die Absorption des Laserlicht-Impulses wird Energie lokal im Pigment deponiert, wodurch es zu einer thermischen oder mechanischen Schädigung des Partikels kommt und es zerbricht.
Damit dieser Effekt selektiv funktioniert, müssen mehrere physikalische Bedingungen erfüllt sein. Besonders wichtig sind dabei die Impulsdauer (Pico oder Nano), Wellenlänge und passende Energiedichte.
Nanosekunden und Pikosekunden Laser im Vergleich
Die ersten effektiven Lasersysteme zur Tattooentfernung waren sogenannte Q-Switched Rubin Laser mit Pulsdauern im Milli- (ms), Mikro- (µs) und Nanosekunden (ns)-Bereich. Also im Bereich von Tausendstenl, Millionsteln und Milliardsteln einer Sekunde. Auf sie folgten Alexandrit, Nd:YAG und KTP-Lasersystem Varianten, die man auch heute noch erfolgreich für unterschiedlichste medizinische und ästhetische Indikationen einsetzt.
In den letzten Jahren wurden zusätzlich Pikosekunden (ps)-Laser (kurz: Pico-Laser) entwickelt. Ihre Laserlicht-Impulse sind etwa zehn- bis hundertmal kürzer als die ihrer Vorgänger und arbeiten im Bereich von Billionsteln einer Sekunde (Sub-Nano, <1ns).
Dadurch entstehen Impulse mit sehr hohen Spitzenleistungen innerhalb extrem kurzer Zeit.
Untersuchungen von Victor Ross und Kollegen zeigten bereits in den 1990er-Jahren, dass ultrakurze Impulse besonders starke photomechanische und photoakustische Effekte erzeugen können. Diese vom Pico-Laserimpuls ausgelösten Druckwellen können Pigmentpartikel effizienter fragmentieren.
Nd:YAG Pico-Laser führen deshalb häufig zu kleineren Pigment-Fragmenten als Nano-Laser. Dennoch hängt die klinische Wirksamkeit weiterhin stark von weiteren Parametern ab.
Fluenz = Energie pro Fläche statt absolute Leistung
Eine der wichtigsten physikalischen Größen in der Lasertherapie ist die Fluenz/ Fluence/ Energiedichte. Sie beschreibt die Energie pro bestrahlter Fläche und wird meist in Joule pro Quadratzentimeter (J/cm2) angegeben.
Die Fluenz ergibt sich aus der Pulsenergie geteilt durch die bestrahlte Fläche. Zwei Lasersysteme können daher dieselbe Pulsenergie besitzen, aber völlig unterschiedliche Fluenzwerte erzeugen, wenn nur alleine ihre Spotgrößen variieren.
Für die Fragmentierung von Tattoo-Pigmenten ist daher entscheidend, wie stark die Energie auf eine bestimmte Fläche konzentriert wird und nicht die absolute Pulsenergie.
Spotgröße und Eindringtiefe des Laserlichts
Neben der Fluenz beeinflusst nun auch die Spotgröße die Wirkung eines Lasers. Darum ist es auch so entscheidend, dass Laser mit Fokus-Handstücken ausgestattet sind.
Größere Laser-Spots können tiefer in die Haut eindringen, da sie weniger seitliche Streuung im Gewebe verursachen. Warum das in zahlreichen Geräteschulungen genau andersherum erläutert wird, erschliesst sich uns nicht. Es ist Laser-Physik.
Dieses Verhalten ist aus der Gewebeoptik gut bekannt. Ein größerer Laserstrahl verliert weniger Energie durch Streuung und erreicht dadurch tiefer liegende Pigmentpartikel. Darum beginnt eine Lasertherapie zur Tattooentfernung in der Regel auch immer mit einer eher kleineren Spotgröße, um Pigmente im oberen Bereich der Dermis zuerst zu zertrümmern.
Es gehören aber noch viele weitere Kriterien zur Differenzierung unterschiedlicher Geräte-Typen hinzu, wobei Bauteilkomponenten von Optiken über Spiegel bis hin zu Kristallen und Co. finale Energie-Leistungen bis in die Haut des Laser-Patienten beeinflussen.
Laserlicht-Wellenlängen und Pigment-Absorption
Die Wellenlängen eines Nd:YAG Lasers bestimmen, wie stark ein Pigment Licht absorbiert. Verschiedene bunte Tattoo-Pigmente reagieren unterschiedlich auf bestimmte Wellenlängen.
In der klinischen Praxis werden vor allem folgende Nd:YAG Laserlinien eingesetzt:
- 1064 nm (Nd:YAG) für schwarze und dunkle Pigmente
- 532 nm (KTP) für rote, orangene und braune Pigmente
Moderne Tätowierfarben sind heutzutage echte Hightech-Dispersionen und bestehen häufig aus komplexen Pigmentmischungen. Aber Vorsicht! Die Farbe einer Tätowierung ist nicht automatisch das Pigment.
Die chemische Realität ist weitaus komplexer! Was grün, braun oder rot erscheint, ist nicht zwangsläufig ein grünes, braunes oder rotes Pigment. Ein grünes Tattoo kann als Beispiel aus Blau + Gelb gemischt sein.
Deshalb können mehrere Wellenlängen für die Behandlung eines Tattoos oder Permanent Make-up relevant sein.
Dabei startet jede Laserbehandlung - egal welcher vorliegenden Farbe - mit 1064nm.
Pigment-Fragmentierung und biologischer Abtransport
Während der Laserbehandlung werden Pigmentpartikel in kleinere Fragmente zerlegt. Diese Fragmente können anschließend von Immunzellen (Makrophagen) aufgenommen und aus der Haut (Dermis) abtransportiert werden.
Histologische Studien zeigen, dass Tattoo-Pigmente häufig in Makrophagen gespeichert werden und teilweise über das lymphatische System in regionale Lymphknoten gelangen können. Dieser biologische Abtransport ist ein langsamer Prozess und kann über Jahre hinweg stattfinden.
Vollständige Tattooentfernungen mit angeblich 2 oder 3 Laserbehandlungen sind entweder echte "Lucky Punches" oder gezieltes Marketing mit Verbraucher-Täuschung.
Warum Marketingangaben zur Laser-Leistung häufig irreführend sind
Vor dem Hintergrund dieser physikalischen Zusammenhänge wird deutlich, warum Marketingangaben zur maximalen Laserleistung häufig wenig Aussagekraft besitzen.
Eine hohe Laser-Impulsenergie allein garantiert weder eine effiziente Pigmentfragmentierung noch ein besseres Behandlungsergebnis.
Entscheidend ist vielmehr das Zusammenspiel mehrerer Parameter, abgesehen von hoch- oder minderwertigen Laserbauteilen:
- passende Wellenlänge
- geeignete Pulsdauer
- ausreichende Fluenz
- passende Spotgröße
- korrekte klinische Anwendung
Ein leistungsfähiger Tattoo-Laser ist daher nicht der „stärkste“, sondern der physikalisch am besten abgestimmte.
Es kommt dabei zudem nicht auf das Gewicht und schon gar nicht auf die Größe eines Lasersystems an, sondern auf die Anwenderkenntnis im Umgang mit dem Lasersystem und dessen Qualität.
Unsere abschliessendes Fazit für die Tattooentfernung mit Pico-Laser
Die Laserbehandlung von Tattoos ist ein komplexer physikalischer und biologischer Prozess. Technischer GOLDSTANDARD in der ästhetisch-kosmetischen Dermatologie ist heutzutage der PICO Nd:YAG Laser.
Erfolgreiche Behandlungen beruhen dabei auf einer präzisen Abstimmung mehrerer Laserparameter und Kenntnisse in Dermatologie als auch Pigmentologie.
Für Ärzte und Betreiber von Laserzentren und -Studios bedeutet das, dass die Leistungsfähigkeit eines Lasersystems nicht allein anhand von Marketingzahlen und Verkäufer-Sätzen bewertet werden sollte. Beliebt scheinen zur eigenen Orientierung Angaben zu Pikosekunden, GW-Leistung. Vom einen möglichst wenig, vom anderen um so mehr.
Doch wer weiß schon, wie viel Laserenergie es in der Realität braucht, um ein 450 nm großes Carbon Black Pigment in der Haut zu zertrümmern?!
Entscheidend ist vielmehr, wie gut Wellenlänge, Pulsdauer, Fluenz und Spotgröße zusammenwirken.
Mal ganz abgesehen vom technischen Support und weiteren Dienstleistungen vom Hersteller, die man mit beachten sollte.
Literatur
- Anderson RR, Parrish JA. Selective Photothermolysis. Science. 1983.
- Ross V et al. Comparison of responses of tattoos to picosecond and nanosecond Q-switched lasers. Lasers in Surgery and Medicine. 1998.
- Kossida T et al. Optimal tattoo removal in the era of picosecond lasers. Dermatologic Surgery. 2012.
- Engel E et al. Tattoo pigment in lymph nodes. Scientific Reports. 2017.
- Goldberg DJ. Lasers and Lights: Procedures in Cosmetic Dermatology.
- Nouri K. Principles and Practice of Laser Dermatology.