Photothermisch oder photoakustisch? Was beim Pikosekunden-Laser wirklich passiert

Fast jede Webseite, die zum Thema Tattooentfernung mittels Laser aufklärt, beschreibt den physikalischen Wirkmechanismus mit denselben Worten. „Der Laser erhitzt die Tattoo-Pigmente, zersprengt sie und das Immunsystem räumt die Pigment-Trümmer ab.“ Diese Erläuterung zur sogenannten selektiven Photothermolyse, ist über 40 Jahre alt und für viele kurz gepulste Lasersysteme hier nach wie vor korrekt. Für moderne Pikosekunden-Laser (kurz: Pico-Laser) ist sie es allerdings nicht mehr so ganz. Der eigentliche Mechanismus, mit dem diese ultrakurz gepulsten Lasersysteme arbeiten, ist ein anderer. Die meisten Laser-Kunden und -Patienten, aber auch ein großer Teil der Laser-Anwender selbst, kennen ihn nicht.

Das alte Wirkprinzip der selektiven Photothermolyse (SPTL) und ihre Thermische-Relaxations-Zeit (TRT)

Das Grundprinzip der selektiven Photothermolyse stammt aus einer der für unseren Bereich wichtigsten Arbeiten von R. Rox Anderson & John A. Parrish aus dem Jahr 1983.

Ein Laser-Impuls, der kürzer ist als die Thermal-Relaxation-Time (TRT) eines Ziel-Chromophors, wie das Tattoo-Pigment, erhitzt dieses selektiv, ohne dass Wärme die Zeit dafür bekommt, um sich im umliegenden Hautgewebe großartig ausbreiten zu können.

Für ein Tattoopigment-Partikel liegt diese TRT, je nach Partikelgröße, zwischen 0,1 und 10 Nanosekunden (ns).

Wichtig fürs Verständnis, weil hier ebenfalls Nanosekunden als Zeitangabe verwendet wird. Die TRT in ns bemisst nicht die Impulsdauer des Lasers, sondern die Zeit, die das Tattoo-Pigment selbst braucht, um sich thermisch aufzublähen und wieder abzukühlen. Also eine reine Eigenschaft des Tattoo-Pigments und keine Angabe zur Laser-Impulsdauer.

Gütegeschaltete (Q-switched) Nanosekunden Laser wurden mit ihren sehr kurzen Impulsen von Milliardsteln einer Sekunde genau auf dieses Zeitfenster ausgelegt.

Kurz genug, um das in der mittleren Hautschicht (Dermis) steckende Pigment selektiv zu erhitzen, aber oberhalb von rund 10ns noch so stark thermisch dominiert, dass ein echtes Risiko für Kollateralschaden im umliegenden Hautgewebe vorliegt.

In unserem Bereich, rund um die Tattoo- und Permanent Make-up-Entfernung, ist es also ein photothermischer Prozess mit einer sekundären mechanischen Komponente. Wobei das Tattoo-Pigment extrem kurz erhitzt wird, sich ausdehnt, abkühlt und schlagartig in Kleinstteile zerspringt.

Ab hier lohnt sich ein kurzer aber genauer Blick auf die Zahlen, weil sich ansonsten eventuell ein Missverständnis einschleichen könnte:

Pikosekunden-Laser sind per Definition eigentlich Sub-Nanosekunden-Laser. Ihre ultrakurzen Impulsbreite/-dauer (Billionstel einer Sekunde) liegt je nach Lasersystem-Variante bei rund 300 bis 900 Pikosekunden (ps). Also unterhalb von 1 Nanosekunde (ns).

Das untere Ende der TRT-Bandbreite liegt aber bei 0,1 Nanosekunden, also 100 Pikosekunden. Für die kleinsten Tattoo-Pigmentpartikel überschneidet sich damit die Impulsdauer eines Pikosekunden-Lasers mit deren TRT.

Ein Pikosekunden-Laserimpuls unterschreitet die Thermische-Relaxations-Zeit dieser kleinsten Partikel also nicht mehr zuverlässig. Das ist kein Widerspruch in der Theorie, sondern der eigentliche Grund, warum das im nächsten Abschnitt beschriebene SRT-Kriterium robuster ist als die reine Betrachtung der alten TRT.

Das neue Zeitalter der Stress-Relaxation-Time (SRT) beim Pikosekunden-Laser

Die sogenannte Stress-Relaxation-Time (SRT) liegt praktisch immer deutlich unterhalb der TRT desselben Pigmentpartikels. Der Grund ist, dass sich eine mechanische Druckwelle (in Schallgeschwindigkeit) schneller durch das Pigment bewegt, als sich Wärme (von Atom zu Atom; Diffusion) darin verteilt.

Diese TRT-Theorie ist alles andere als falsch. Sie beschreibt die Funktionsweise von Nano-Lasern zutreffend und ist der Grund, warum diese Laser-Geräte über Jahrzehnte gute Ergebnisse geliefert haben.

Das Problem ist derweil, dass sie gerne unverändert auf Pikosekunden-Laser übertragen wird, obwohl dort ein anderer physikalischer Mechanismus greift.

Stress statt Hitze, die neue Schwelle bei Pikosekunden-Laserimpulsen

Kenichiro Kasai hat im Dezember 2017 in einer vielzitierten Arbeit den entscheidenden Unterschied herausgearbeitet.

Bei Laser-Impulsbreiten unterhalb einer Nanosekunde (ns) wird nicht mehr die thermische, sondern die Stress Relaxation Time (SRT) des Partikels unterschritten. Die Zeit, die eine mechanische Druckwelle braucht, um ein Partikel zu durchlaufen.

Liegt die Impulsdauer darunter, bleibt die durch die Lichtabsorption erzeugte mechanische Spannung im Partikel eingeschlossen (sog. Stress Confinement), statt sich abzubauen.

Das Ergebnis ist eine photoakustische Schockwelle, die das Tattoo-Pigment mechanisch zersprengt, mit einer nur noch untergeordneten thermischen Komponente.

Kasai selbst beschreibt es so, dass bei Nano-Lasern die photothermische Reaktion mit geringer mechanischer Nebenwirkung dominiert. Währenddessen überwiegt bei Pikosekunden-Lasern und deren Stress Lock-in die photoakustische Zerstörung. Die thermische Komponente wird deutlich zur Nebensache.

Zwei Begriffe, die dabei häufig durcheinander geworfen werden:

Photoakustisch beschreibt die Ausbreitung der mechanischen Druckwelle im Hautgewebe. Also den Übertragungsweg der Laserimpuls-Energie.

Photomechanisch beschreibt die daraus resultierende Wirkung am Pigmentpartikel selbst. Also das Zersprengen durch diese Welle.

Es handelt sich nicht um zwei konkurrierende Mechanismen, sondern um zwei Ebenen der Beschreibung ein und desselben Vorgangs bei Weg und Wirkung.

Das ist mehr als eine akademische Feinheit. Es erklärt, warum Pikosekunden-Laser bei gleichem oder gar geringerem Energieeintrag effektiver fragmentieren.

Zudem zeigt es, warum die Farbabhängigkeit des Pigments zur Laserlicht-Wellenlänge bei der Pico-Laserbehandlung abnimmt. Weil weniger Wärmeerzeugung auch weniger Abhängigkeit von der spezifischen Lichtabsorption der Pigmentfarbe bedeutet.

Und es erklärt, warum thermisch bedingte Komplikationen wie Verbrennungen und manche Formen der Farbveränderung bei korrekt eingesetzten und „echten“ Pico-Lasern nicht mehr auftreten sollten. Das Risiko von Narbenbildung (bei korrekter Handhabe!!) ist zudem deutlich reduziert.

Durch sehenswerte Bilder bestätigt wurde das anhand eines gewebeimitierenden Phantoms (Hautmodell), 1064nm Pico Nd:YAG Laser-Impuls auf Carbon Black Tattoo Ink.

Keun Jae Ahn und seine Kollegen aus Korea haben im Mai 2017 mit der Hochgeschwindigkeits-Kinematographie (Highspeed-Video/ Fotografie) sichtbar gemacht, wie sich unter Einsatz von Nano- und Pico-Laserenergie unterschiedliche photothermische und photoakustische Schadenszonen bilden.

Spannend ist auch, dass die durch Pikosekunden-Laserimpulse fragmentierten Partikel gleichmäßiger verteilt werden als bei Nanosekunden-Impulsen. Das ist also die visuelle Entsprechung dessen, was Kasai dann auch theoretisch beschrieben hatte.

Es lohnt sich die Studie zu lesen und sich die zahlreichen Abbildungen anzusehen.

Die Impulsdauer entscheidet den Mechanismus, die Fluence die Wirkung

Eine Frage, die in der öffentlichen Diskussion praktisch nie gestellt wird. Bleibt ein Pico-Laser auch bei niedriger Energie (Fluence, J/cm²) im photomechanischen Mechanismus? Oder kippt er bei geringer Fluence zurück in eine eher thermische Wirkung?

Anm.: Die Frage ergab sich bei uns wiederholt aus dem Kontext, warum es z.B. bei Pigment-weiß (Titandioxid) manchmal, aber nicht immer, zu Oxidations- bzw. Reduktions-Prozessen zu Anatas oder Rutil kommt – Farbparadox.

Die Literatur gibt hierauf eine klare, aber auch nuancierte Antwort.

Ein Übersichtsartikel von Lunardi Bintanjoyo und Diah Mira Indramaya von Juli 2023 aus Indonesien, zur Anwendung von Pico-Lasern in der Dermatologie, beschreibt den Mechanismus als Funktion von Impulsdauer und Fluence gemeinsam.

Sie definieren die photomechanische Wirkung über die sogenannte Inertial Confinement Time (ICT) als eine Zeitgröße und nicht über einen Energiewert.

Liegt die Impulsdauer also unterhalb dieser ICT, bleibt man im photomechanischen Mechanismus. Das ist auch bei niedrigerer Laser-Energie ein Effekt, der in der industriellen Lasertechnik als kalte Ablation bezeichnet wird.

Anm.: Über den nicht nur bei Bintanjoyo und Indramaya erwähnten Laser-Induced Optical Breakdown (LIOB) schreiben wir in einem zukünftige Artikel.

Konkreter wird jetzt ein technisches Patentdokument aus der Entwicklung von Pikosekunden-Lasersystemen. Dort wird die photomechanische Spannung an der Impulsdauer relativ zur akustischen Transitzeit des Partikels festgemacht und nicht an der Energie.

Unterhalb etwa des Zweifachen dieser Transitzeit steigt die mechanische Spannung deutlich an, unterhalb des Einfachen sogar dramatisch. Die Fluence entscheidet dabei nicht über den Mechanismus, sondern darüber, ob man innerhalb dieses Mechanismus über der Wirkschwelle liegt.

Praktisch bedeutet es, dass ein Pico-Laserimpuls bei niedriger Energie nicht plötzlich thermisch wird. Er fragmentiert nur möglicherweise zu wenig, um sichtbar zu wirken.

Die Unterscheidung zwischen „wirkt nicht“ und „wirkt anders“ ist in der Laser-Praxis relevant. Aber sie wird selten sauber gemacht.

Warum alte, grobe Pigmente dem Pikosekunden-Laser manchmal Schwierigkeiten bereiten können

Die TRT eines Tattoo-Pigmentpartikels skaliert quadratisch mit dessen Durchmesser. Wird ein Partikel doppelt so groß, steigt seine Thermische-Relaxations-Zeit ungefähr auf das Vierfache.

Mi Soo Choi und Kollegen haben das im September 2018 in Korea anhand ihrer Meerschweinchen-Studie mal konkret durchgerechnet.

Für Kohlenstoffpartikel (klassisches Carbon Black Tattoo-Pigment) ergeben sich bei 40nm Durchmesser rund 19 Pikosekunden (ps) TRT. Bei 100nm rund 120ps, bei 200nm rund 478ps, bei 300nm bereits über 1000ps. Also mehr als 1 Nanosekunde (ns).

Die grundlegende Modellierung dazu stammt aus einer älteren Computersimulations-Studie von Darwin D.-M. Ho und Kollegen, Juni 2002 aus Kalifornien für die US-Regierung, die für Grafit-Partikel im Bereich von 10 Nanometern (nm) bis 5 Mikrometern (μm) die jeweils optimale Laser-Impulsdauer berechnet hat.

Das hat eine direkte und sehr praktische Konsequenz für ältere Tätowierungen. Historisch verwendete Tätowierfarben enthielten oft deutlich gröbere, unregelmäßigere Pigmentpartikel (teilweise im Mikrometerbereich). Die modernen Tattoo und PMU Hightech-Dispersionen von heute sind im Vergleich sehr viel kleiner und feiner (im Nanometerbereich).

Nach der Skalierung liegt die TRT solcher großen alten Tattoo-Pigmentpartikel weit oberhalb dessen, was ein Pico-Laserimpuls noch effektiv zertrümmern kann.

Die Energieübertragung wird ineffizient, weil der Pico-Laserimpuls im Vergleich zur vorliegenden Pigmentpartikelgröße zu kurz ist, um nennenswert Wirkung zu entfalten.

Das ist der physikalische Hintergrund, die manche erfahrene Laser-Anwender bei alten, grobpigmentierten Tattoos anwenden und die ersten 3 bis 4 Behandlungen gerne mit einem Q-switched Nano-Laser durchführen.

Seine längere Laser-Impulsbreite zertrümmert die großen Pigmentpartikel zunächst grob. Erst danach, sobald die entstandenen Fragmente gefühlt klein genug sind, wechseln sie auf den Pico-Laser. Ab hier behandelt man dann im photomechanischen/-akustischen Mechanismus effizienter weiter.

Dieses Vorgehen in der Abfolge einer Laser-Tattooentfernung ist, soweit uns bekannt, nicht in einer eigenen Studie als Protokoll untersucht oder validiert worden. Sie ist aber gelebte klinische Erfahrung, die sich sehr sauber aus der Laserphysik und zu lasernden Partikelgröße ableiten lässt.

Klinische Bestätigung und eine wichtige Einschränkung

Die theoretische Überlegenheit der SRT-basierten Tattoopigment-Fragmentierung wurde auch klinisch geprüft. Filippo Pinto, Große-Büning, Karsai, Weiss, Bäumler, Hammes, Felcht und Raulin muss man hier als ausgezeichnete Laser-Experten nicht nur alle nennen, sondern haben sie im Februar 2017 in einer randomisierten und kontrollierten Split-Studie einen Pikosekunden gegen einen Nanosekunden Nd:YAG-Laser bei der Tattooentfernung direkt verglichen.

Pinto und Kollegen fanden nach ihren Laser-Behandlungen ihrer 21 Probanden mit insgesamt 30 Tätowierungen keine klar überlegene Clearance des Pico-Lasers gegenüber dem Nano-Laser. Wohl aber die Bestätigung für deutlich weniger Schmerzen.

Also ein Ergebnis, das die reine SRT-Theorie so nicht hätte erwarten lassen. Man muss dazu aber auch eine der starken Limitierungen berücksichtigen, dass die Tätowierungen nicht zu Ende behandelt wurden.

Wichtig für die weitere Redlichkeit dieses TRT/SRT-Themas

Eine ähnliche Gruppe um Syrus Karsai hat dazu im April 2018 im Journal der Deutschen Dermatologischen Gesellschaft einen Clinical Letter als kritischen Kommentar veröffentlicht.

Dieser hinterfragt nochmal ausdrücklich, ob die theoretisch zu erwartende Überlegenheit der Pikosekunden-Laser sich in der klinischen Praxis tatsächlich in dem Maß bestätigt, was die reine SRT-Theorie erwarten lässt.

Das ist keine Widerlegung der SRT-Theorie! Aber eine erzeugte Bremse gegen zu einfache Marketing-Erzählungen über „neue Pico-Laser die automatisch alles besser machen“.

Eine etwas aktuellere Meta-Analyse von Wenjie Wu und Kollegen aus China von November 2025, die 20 randomisierte Studien und eine retrospektive Vergleichs-Studie mit insgesamt 971 Laser-Kunden auswertet, bestätigt dieses gemischte Bild.

Bei exogener Hyperpigmentierung, worunter auch Tattoo-Pigment fällt, zeigte sich eine Tendenz zugunsten der Pico-Laser. Diese war statistisch signifikant aber nur recht knapp.

Diese Pro- und Contra-Stimmen sammeln wir hier nicht aus Jux. Sie gehören in jeden seriösen Artikel zu solch einem immer noch neuen und dann auch noch sehr speziellen Thema.

Viele Formulierungen und Aussagen da draußen im on- und offline Bereich scheinen oft vom Laser-Hersteller formuliert zu sein. Katalysiert werden sie dann im weiteren Verlauf von Laser-Käufer und -Anwender bis hin zum Laser-Kunden selbst.

Wer aber nur die Vorteile der neuen Pikosekunden-Laser-Technologie beschreibt und die offenen Fragen weglässt, betreibt Marketing aber keine Aufklärung.

Dazu ist dann auch die beim potenziellen Laser-Kunden selbst erzeugte Erwartungshaltung mal zu hinterfragen. Über eine eher mittelprächtige Bewertung bei Google und Co. sollte man sich dann aber bitte nicht wundern.

Ganz schlimm wird es dann, wenn Laser-Kunden beginnen Laserpraxis-Hopping zu betreiben. Grund ist meist, dass ihre Tattoo- oder PMU-Entfernung nicht so schnell vonstatten geht, wie Werbeclaims versprochen haben. Oder man zudem noch unechte Pico-Laser anfängt schönzureden. Davon gibt mittlerweile leider wirklich viele.

Was das alles für Pico-Laser-Kunden und ihre Tattooentfernung bedeutet

Oder warum die „Anzahl der Laserbehandlungen“ auch mit Pikosekunden-Lasern keine seriöse Vorhersage ist?

Aus der SRT-Theorie der Pikosekunden-Laser folgt unmittelbar, warum spontane Pauschal-Angaben zur Anzahl der Laserbehandlungen wenig Aussagekraft haben.

Die Effizienz der Fragmentierung von Tattoo-Pigmenten hängt unweigerlich von der Laser-Impulsdauer relativ zur SRT des jeweiligen Pigments ab. Diese SRT variiert also stark mit der Pigment-Größe, -Form und -Material. Und kennt die jemand? Wohl eher nicht!

Ein Tattoo mit seinen einfachen oder gemischten, unbekannten Pigmenten lässt sich physikalisch nicht auf eine feste Behandlungsanzahl reduzieren. Unabhängig davon, wie oft diese Zahl in Werbetexten auftaucht.

Natürlich kann man Durchschnittswerte nennen, in dem man auf die Laserkundschaft über die Jahre zurückblickt. 6 -12 Laserbehandlungs- Wiederholungen nennen auch wir dazu. Bei einem Tattoo oder PMU können es aber aus verschiedensten Gründen auch sehr viel mehr Laserbehandlungen sein.

Blasenbildung ist nicht immer harmlos, aber auch nicht immer eine Verbrennung

Nach der Laserbehandlung auftretende Blasen werden von vielen Laser-Kunden häufig für Verbrennungsblasen gehalten. In den meisten Fällen handelt es sich allerdings um seröse (mit Serum > Lymphflüssigkeit gefüllte) Blasen.

Das ist eine Reaktion des Körpers und Immunsystems auf einen hohen Laserenergie-Eintrag ins Hautgewebe, eine massive Pigment-Fragmentierung und den einsetzenden raschen Abtransport der Pigment-Trümmer. Es ist kein thermischer Schaden im klassischen Sinne.

Das ist aber leider auch keine Blanko-Entwarnung. Echte thermische Schäden treten auf, wenn zwei Faktoren zusammenkommen, die mit der Qualität des eingesetzten Lasersystems zu tun haben können und weniger mit echter Pikosekunden-Lasertechnologie an sich.

Der erste Faktor ist die Strahlqualität. Syrus Karsai und Kollegen haben bereits 2008 in einer Arbeit zum Einfluss von Strahlprofil und Spotgröße auf den Behandlungserfolg gezeigt, dass ein homogenes, gaußförmiges Strahlprofil einem inhomogenen Multi-Mode-Profil überlegen ist.

Bei einem Multi-Mode Laser-Strahl können lokal verbreitete Spitzen von Laserenergie-Intensität entstehen. Umgangssprachlich „Hot Spots“ innerhalb eines Laser-Spots, an denen die tatsächlich ankommende Energie deutlich über dem eingestellten Fluence-Wert liegt, der vorher über das Geräte-Display im Menü als sichere Fluence anzeigt wird.

Genau an diesen Punkten entstehen dann reale thermische Schäden.

Der zweite Faktor betrifft die Art, wie manche günstigere Laser-Geräte ihre hohen Leistungs- und Energieangaben erreichen.

Ein echtes Einzelimpuls-System (Single-Pulse) liefert einen einzigen Laser-Impuls mit einer bestimmten Energie, beispielsweise 1,0 Joule.

Manche technisch limitierten Laser-Systeme erzeugen diese Energie nicht in einem Impuls, sondern verteilen sie auf mehrere schnell aufeinanderfolgende Teil-Impulse.

Etwa drei Impulse à 0,3 Joule, die im Datenblatt oder im Gerätemenü zu gerundet 1,0 Joule (oder 1.000 mJ) addiert werden. Für den Laser-Anwender sieht das wie ein regulärer Einzelimpuls mit voller Energie aus.

Physikalisch ist es das aber nicht. Zwischen den Teil-Impulsen (Double-, Tripple- oder Multipulse-Trains) bleibt der Haut keine vollständige Abkühlzeit, wodurch sich thermische Energie aufsummieren kann, die bei einem echten Single-Puls gleicher Energie-Parameter nicht entstehen würde.

Diese Kombination aus schlechter Strahlqualität und verschleierten Pulstrains bei billigen Q-switched Nd:YAG NANO oder gefakten Pico-Lasern, ist nach der vorliegenden Literatur der wahrscheinlichste Erklärungsansatz für die selteneren, aber realen Fälle echter Verbrennungen und Narbenbildung durch die Laser-Tattooentfernung.

Unser Fazit und wichtige Anmerkung:

Die Physik hinter der Tattooentfernung mit Pikosekunden-Lasern ist hier nicht irgendein Nischenthema für Fachpublikum. Sie erklärt direkt, warum manche Laser-Behandlungen glatt verlaufen und andere nicht.

Sie zeigt aber auch, warum Prognosen zu Anzahl und zum Verlauf einer Laserbehandlung extrem unzuverlässig sind, und woran man für sich und sein Tattoo, ein gutes von einem schlechten oder ungeeigneten Lasersystem unterscheiden kann.

Die Laser-Physik ist aber auch noch nicht restlos geklärt für unser Metier. Die klinische Überlegenheit der SRT-Theorie ist real, aber unter dem Strich vielleicht geringer und uneinheitlicher, als die reine Theorie vermuten lässt.

Wer das strikte Gegenteil ohne Herleitung oder Evidenz behauptet, verkauft eventuell mehr, als die aktuelle Studienlage aktuell hergibt. Es muss aber auch noch viel geforscht werden.

Drei Dinge sind aber wirklich real:

Die Pico Laser können mehr Pigment-Farbvarianten unabhängig ihrer Laserlicht-Wellenlängen behandeln als ihre älteren Nanosekunden-Vorgänger.

Pico-Impulse verursachen bei korrekter Anwendung weniger Kollateralschaden im Hautgewebe UND die Laserbehandlung zur Tattooentfernung schmerzt nach Kunden- und Patientenaussage viel weniger als mit Nano-Impulsen. Aber sie schmerzt trotzdem.

Leider gibt es keine allgemein gültige Liste von Parameter-Einstellungen die zeigt, welche Energie bei welchem Tattoo oder PMU Pigment an welcher Körperstelle oder bei welchem Hauttyp am effektivsten wäre.

Nicht nur die Laser-Maschinen sind viel zu unterschiedlich in ihrer Bauweise und Leistung, sondern sind es vor allen Dingen die in der Haut des Laser-Kunden deponierten Pigment- Varianten, die keiner kennt.

Alle lasern mehr oder weniger auf gut Glück. Wohl dem, der sich in den Themen Pigmentologie und Laserphysik auskennt!

Anmerkung (unser Transparenz- und Vertrauensstandard): Diesen Artikel haben wir nicht alleine geschrieben. CLAUDE war uns mit seinen außergewöhnlichen KI-Skills eine echte Hilfe bei der schnellen Recherche, Text-Entwurf und -Kontrolle.

Hinzukommt das ausgezeichnete Fachwissen unseres Medical & Technical Advisory Boards, das sein Auge hierauf hat.

In unserem Bereich der Laser-Tattooentfernung und dem damit verbundenem wissenschaftlich immer noch recht unbeackerten Feld, kommt aber selbst die KI aktuell an ihre Grenzen, warum sowas nur im Co-Working geht. Wir möchten es aber auf jeden Fall an dieser Stelle kennzeichnen.