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Laser schneiden kontaktlos und präzise – ideal für die Chirurgie. Das Problem: Bei harten Geweben wie Knochen sind sie zu langsam und schneiden nicht tief genug. Forschende der Universität Basel zeigen nun, wie sie mit einem chirurgischen Laser deutlich tiefer und schneller schneiden können als mit bisherigen Lasersystemen.
Säge, Meissel und Bohrer sind bewährte Werkzeuge der Knochenchirurgie. In Zukunft könnten Laser diesen Werkzeugkasten ergänzen, vor allem wenn es um sehr präzise Schnitte geht. Da Laser keinen mechanischen Druck ausüben, können sie das Risiko für Mikrorisse reduzieren und speziellere Schnittformen ermöglich. Damit liessen sich beispielsweise Gelenkimplantate besser einfügen, und zwar auch massgeschneiderte, 3D-gedruckte Implantate.
Für weiche Gewebe kommen Laser bereits heute zum Einsatz. Bei Knochen waren Schnitte bisher aber nur bis zu einer Tiefe von 2 bis 3 Zentimetern möglich, viel zu wenig beispielsweise für Gelenkimplantate. Einer der Gründe für die mangelnde Schneidleistung liegt in der Form des Laserstrahls.
Forschende um Dr. Ferda Canbaz vom Department of Biomedical Engineering der Universität Basel, berichten nun im Fachjournal «Scientific Reports» von einem Durchbruch: Ihnen ist es gelungen, Schnitte bis in eine Tiefe von 4,5 Zentimetern durchzuführen. Indem sie ein anderes Profil des Laserstrahls, also eine andere Verteilung der Energie im Strahl, verwenden, können sie das Knochenmaterial effizienter und schneller abtragen.
Gleichmässiger verteilte Energie
«Die Energie des Laserstrahls zu erhöhen, wäre keine gute Lösung. Der Knochen könnte verkohlen und schlechter heilen», erklärt Ferda Canbaz. «Deshalb haben wir stattdessen die Form des Lasers verändert, oder besser gesagt sein Profil.»
Beim üblichen Profil ist der Strahl in der Mitte am stärksten und wird zum Rand hin schwächer. Das ist ähnlich wie der Strahl einer Taschenlampe, der in der Mitte am hellsten ist und nach aussen ausläuft. Die Intensität gleicht einer Gauss-Kurve mit einer abgerundeten Spitze in der Mitte. Beim neuen Profil ist die Spitze gekappt, so dass die Energie des Laserstrahls gleichmässiger über die gesamte Fläche verteilt ist, bevor sie am Rand abrupt abfällt – daher der Name «Top-Hat» (englisch für Zylinderhut). «Weil die Energie dabei gleichmässiger übertragen wird, schneidet der Laser effizienter und schneller», sagt der Doktorand und Erstautor Mingyi Liu.
Das Team testete die beiden Laser-Profile an Rinderknochen. Der Knochen wurde dabei mit Druckluft und Wasser gereinigt und gekühlt, um Hitzeschäden zu vermeiden und den Schnitt frei zu halten. Die Versuche zeigten: Während der Laser mit dem üblichen Gauss-Profil nur etwa 2,6 Zentimeter tief schnitt, erreichte derjenige mit dem neuen Top-Hat-Profil 4,4 Zentimeter.
Effizient auch in der Tiefe
Eine wichtige Rolle für die Effizient beim Schneiden spielt die Tatsache, dass die Wände des Schnitts bei zunehmender Tiefe einen Teil der Energie absorbieren. Irgendwann reicht sie nicht mehr aus, um Knochenmaterial abzutragen.
Das Top-Hat-Profil verteilt die Energie gleichmässiger. Dadurch bleibt der Laser auch in grösserer Tiefe wirksam und schneidet effizient.
Grosser Fortschritt in Sachen Schnitttiefe
Die Forschenden sind nun daran, die Schnitttiefe und Schnelligkeit ihres Lasers weiter zu optimieren. Noch ist die Laser-Knochensäge deutlich langsamer als jene aus Metall: In einer Sekunde kann sie rund 0,4 Kubikmillimeter abtragen, eine mechanische Säge 11 Kubikmillimeter, also über 20-mal mehr. Damit ist der Laser zwar noch zu langsam, aber er nähert sich erstmals der nötigen Tiefe.
«In weiteren Schritten müssen wir untersuchen, wie wir das System an die komplexere Situation im Körper anpassen können. Dann geht es auch darum, umliegendes Gewebe zu schonen», erklärt Canbaz.
Die Arbeiten des Forschungsteams sind Teil des «Miracle»-Projekts, das innovative Technologien für die Knochenchirurgie entwickelt und von der Werner Siemens Stiftung finanziert wird. Die Entwicklungen gehören zudem zu den ersten Schritten des Innosuisse-Projekts «Laser-Blade», einer Kollaboration mit dem Medizintechnikunternehmen Smith&Nephew.
Dr. Ferda Canbaz, Universität Basel, Department of Biomedical Engineering, E-Mail: ferda.canbaz@unibas.ch, Tel.: +41 61 207 54 67 (ab ca. 9:30 am 26.2.26)
Mingyi Liu, Arsham Hamidi, Dunia Blaser, Darren Wilson, Kenneth Garcia, Niklaus F. Friederich, Georg Rauter, Philippe C. Cattin, and Ferda Canbaz
Influence of laser beam intensity profile on deep bone ablation in laser osteotomy
Scientific Reports (2026), doi: 10.1038/s41598-026-37117-
Chirurgische Laser konnten Knochen bisher nur sehr oberflächlich schneiden. Mit einer anderen Energi ...
Quelle: Catherine Weyer
Copyright: Universität Basel, Catherine Weyer
Mit einem Wasserstrahl und Druckluft werden die Schnittflächen am Rinderknochen gekühlt und frei geh ...
Quelle: Catherine Weyer
Copyright: Universität Basel, Catherine Weyer
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Medizin
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
Chirurgische Laser konnten Knochen bisher nur sehr oberflächlich schneiden. Mit einer anderen Energi ...
Quelle: Catherine Weyer
Copyright: Universität Basel, Catherine Weyer
Mit einem Wasserstrahl und Druckluft werden die Schnittflächen am Rinderknochen gekühlt und frei geh ...
Quelle: Catherine Weyer
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