WO2020020416A1 - Device for the thermal treatment of biological tissue, and method for operating a device of this type - Google Patents

Device for the thermal treatment of biological tissue, and method for operating a device of this type Download PDF

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WO2020020416A1
WO2020020416A1 PCT/DE2019/100686 DE2019100686W WO2020020416A1 WO 2020020416 A1 WO2020020416 A1 WO 2020020416A1 DE 2019100686 W DE2019100686 W DE 2019100686W WO 2020020416 A1 WO2020020416 A1 WO 2020020416A1
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WO
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applicator
tip
laser beams
laser
cannula
Prior art date
Application number
PCT/DE2019/100686
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German (de)
French (fr)
Inventor
Gerd Bajog
Josef Oleram
Original Assignee
Bajog Electronic Gmbh
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Publication date
Application filed by Bajog Electronic Gmbh filed Critical Bajog Electronic Gmbh
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B18/22—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor
    • A61B18/28—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor for heating a thermal probe or absorber

Definitions

  • the present invention relates to a device for the thermal treatment of tissue, at least comprising:
  • a laser generator for generating laser beams
  • control device and a method for operating such a device.
  • hyperthermia procedures in the narrower sense, other procedures also work with the targeted overheating of tissue, with the focus here on the targeted thermal destruction of tumor tissue.
  • These procedures can be understood as hyperthermia procedures in a broader sense; These include, for example, high-frequency-induced thermotherapy (HITT) and laser-induced thermotherapy (LITT).
  • HITT high-frequency-induced thermotherapy
  • LITT laser-induced thermotherapy
  • the doctors insert a needle electrode into the patient's tumor during a small procedure. Local anesthesia or a light form of anesthesia are usually sufficient.
  • the electrode in the tumor generates temperatures between 56 and 100 ° C, at which tissue is directly damaged.
  • LITT an optical fiber light guide is inserted into the tumor tissue. The tissue is then heated and destroyed by long-wave laser light. As with HITT, the temperatures are in a range that directly destroys tissue.
  • DE 601 13 783 T2 a needle electrode with active high-frequency thread for the treatment of parenchymatous (perfused) tumors by means of radio frequency-induced interstitial hyperthermia (thermotherapy) has become known in this connection.
  • DE 36 11 971 A1 discloses a method and a device for treating tumor tissues by means of heat, by interstitial micro heat exchangers used in the body. The energy is transported here via small-diameter pipes through which hot water flows, and the heat exchanger described here can be implanted as a single pipe in the piercing process and as a coaxial pipe in the piercing process.
  • DE 689 25 553 T2 describes a device for interstitial tissue treatment with multiple treatment modalities, in which an electrical heating element is provided as the first treatment modality within an elongate element to enable hyperthermic treatment of the surrounding tissue.
  • the elongated element described here further comprises a so-called second modality, which reacts or interacts with the first modality, for example a chemotherapeutic agent, the efficiency of which can be increased by heating.
  • the object of the present invention is to provide an improved device for the thermal treatment of biological tissue and a method for operating such a device which has an applicator which is as simple as possible and which is largely independent in terms of its size of its internal structure and is therefore slightly changed, especially reduced who can.
  • the device according to the invention is also intended to permit targeted, relatively rapid heating of the diseased biological tissue to be treated and to protect healthy biological tissue from unintended heat.
  • the device according to the invention for the thermal treatment of biological tissue builds on generic devices in that it is set up in such a way that the tip of the applicator is heated exclusively with the aid of laser beams generated by the laser generator.
  • Heating the tip of the applicator exclusively with the aid of laser beams generated by the laser generator advantageously makes it possible to heat only the tip of the applicator, the shaft of the applicator advantageously remaining at ambient temperature. In this way, a targeted thermal treatment of biological tissue, in particular tumor tissue, is possible, with surrounding healthy tissue being advantageously not injured.
  • the device preferably forms a closed system with respect to the laser beams generated by the laser generator.
  • a system which is closed with respect to the laser beams generated advantageously prevents the uncontrolled emergence of laser beams, in particular the generation of laser scattered radiation. Since there are no free laser beams, the device can be operated without any laser protective device, for example laser protective glasses or the like.
  • the applicator consists at least partially, in particular at its tip, of a thermally conductive material, in particular of medical grade steel. Thermally conductive material, the energy absorbed by irradiation with laser beams, can be passed on as heat energy to the surroundings, preferably in contact with the tissue via heat conduction.
  • medical stainless steel also fulfills the legal requirements for use in the medical field, especially when it comes into contact with human tissue.
  • the applicator comprises a linear, hollow shaft, one end of which can be connected to the collimator, in particular via a connecting piece, and the tip of which is arranged or formed at the other end.
  • a linear hollow shaft advantageously enables the approximately interaction-free conduction of an (approximately) parallel laser beam through the shaft until the laser beams finally strike the tip arranged at one end of the shaft.
  • the laser generator generates laser beams of a wavelength which is matched to the absorption properties of the material of the tip, in particular to the absorption maximum of the material of the tip.
  • Laser beams, the wavelength of which is matched to the absorption properties of the material of the tip enable an optimal energy transfer of the laser energy to the tip and thus a low-loss and rapid heating / heating of the tip of the applicator.
  • the laser generator generates laser beams in a wavelength range from 800 to 1600 nm, in particular in a range from 1030 to 1540 nm, particularly preferably with a wavelength of 1064 nm.
  • Laser beams with a wavelength of 1064 nm have proven to be particularly beneficial for heating a medical stainless steel tip.
  • the laser generator is designed as an Easer laser.
  • Easer lasers have unique properties. B. electrical-optical efficiencies up to over 30%, excellent beam quality (with M2 ⁇ 1.1 for single-mode laser laser construction, M2 ⁇ 1.2 for double-clad fibers), a long service life (> 20,000 h) and a compact, maintenance-free and insensitive structure.
  • the pulse mode extends into the fs range and can advantageously reach a high peak intensity.
  • the collimator is designed to focus the laser beams in such a way that they tip the applicator in a range of less than 1.0 mm of the inner diameter of the applicator, preferably in a range of less than 0 , 8 mm of the inner diameter of the applicator.
  • the applicator is only heated at the tip and can be varied as desired by the doctor in the temperature range.
  • the primary aim is a temperature range from 2.5 mm up to 100 ° C at the needle tip only.
  • the shaft of the applicator itself is advantageously not heated and only has, regardless of its length, only the usual body / ambient temperature. Thereby the thermal damage to the surrounding “healthy” tissue can be avoided.
  • an embodiment of the device according to the invention has proven itself in which the device comprises at least one means for generating a visual and / or acoustic signal, in particular a lamp and / or a buzzer.
  • a means for generating a visual and / or acoustic signal, in particular a lamp and / or a buzzer can advantageously indicate to the user the start and / or the end of the generation of the laser beams. The treatment of the tissue by the user can thus take place in a more controlled and safe manner.
  • the device comprises a jacket cannula for housing the applicator and a means for locking the jacket cannula, the means for locking being set up to position the jacket cannula against the applicator from a first position in which the The cannula completely encloses the applicator, to a second position in which the cannula releases the tip of the applicator and vice versa.
  • a jacket cannula of this type can advantageously stabilize the applicator and protect it as it moves through the tissue to the place of use. At the place of use, the cannula can then advantageously release the tip of the applicator in order to enable targeted thermal treatment.
  • the cannula can be pushed back into the first position, which completely houses the applicator, with tissue advantageously adhering to the tip or shaft of the applicator can be removed by moving the jacket cannula relative to the applicator.
  • the jacket cannula can also ensure the thermal insulation of the applicator from the surrounding healthy tissue, in particular during continuous operation of the device.
  • a particularly preferred embodiment is one in which the cannula has a fastening means, in particular an external thread, on a side provided for operative connection with the means for locking, and a tip, in particular in the form of a cannula cut, on the opposite side.
  • a tip of the jacket cannula, in particular in the form of a cannula cut, which in the first position of the metal cannula relative to the applicator, which is completely enclosed by the applicator, near the tip of the applicator, can advantageously enable the user to penetrate directly into biological tissue. without having to pre-cut the treatment site, for example with the help of a scalpel.
  • the applicator, including the metal cannula can advantageously be placed self-cutting at the respective treatment site with the aid of 3D imaging.
  • the device comprises a handle which houses the collimator and the means for locking, and on which a switch is arranged which is operatively connected to the means for locking.
  • a handle which may preferably be made of stainless steel and / or may have an ergonomic shape, in particular rectangular with rounded edges, advantageously enables protection of the collimator and, after use, allows the applicator and / or the cannula to be changed easily.
  • the cannula can be operated by the user advantageously during treatment with one hand, especially with the help of his thumb, so it can be moved from the first position to the second position and vice versa.
  • a method for operating such a device characterized in that the laser beams generated by a laser generator are guided to a collimator with the aid of an optical waveguide; the collimator focuses the laser beams so that they spread largely in a straight line and parallel to each other within an applicator; the laser beams at the end of the collimator opposite Hit the applicator on the inside walls of a tip of the applicator; and the tip of the applicator is heated by the impact of the laser beams and absorption of the laser energy
  • the laser beams are focused by the collimator in such a way that they spread largely in a straight line and parallel to one another over a distance of up to 500 mm.
  • Laser beams, which spread largely in a straight line and parallel to one another do not interact with a shaft of the applicator, in particular with its inner wall, but only with a tip of the applicator.
  • energy transfer by absorption also advantageously takes place only at the tip, as a result of which the applicator is heated in a controlled manner at its tip and the shaft advantageously remains largely at ambient / body temperature.
  • the laser beams are generated continuously and / or in the form of pulses.
  • Continuously generated laser beams advantageously enable the tip to be heated continuously, in particular with the aim of achieving a constant tip temperature over a longer period of time, which can be advantageous in particular in the context of hyperthermia treatment in the narrower sense (see above) in which the biological tissue to be treated should be heated to temperatures of 40 - 43 ° C.
  • Laser pulses advantageously make it possible to briefly heat the tip. Depending on the amount of energy absorbed, high temperatures (temperature peaks) can be achieved for a short time, by means of which targeted tumor cells can be destroyed directly, as is the case in hyperthermia procedures in the broader sense.
  • the start and / or end of the generation of the laser beams by the laser generator are controlled manually (preferably by means of a foot switch and / or a push button) and / or automatically (preferably by means of a timer) in one process step.
  • manual control preferably using a foot switch and / or a button, the user can determine the start and / or end of the generation of laser beams - as a continuous laser beam or as a pulse train - and thus completely free of occurrences / changes during treatment react.
  • a foot switch offers the patient in particular Doctor the possibility, without having to use his hands to determine the start and / or end of the generation of laser beams.
  • the button advantageously allows the control of the start and / or end of the generation of laser beams to be transferred to a third party, as a result of which the attending physician can then concentrate fully on the actual treatment.
  • the foot switch can then advantageously be used as a type of release module by the attending physician and thus as an additional safety device.
  • An automatic control preferably by means of a timer, however, advantageously allows the user to concentrate fully on the tissue area to be treated and can also advantageously prevent individual areas from overheating.
  • the generation of the lasers in particular the beginning and / or the end of the generation, are displayed visually and / or acoustically by the laser generator in one process step.
  • a visual and / or acoustic display allows people present to be informed of the current status of the process and can, in particular, advantageously enable the user to keep an eye on the treatment field during the entire treatment.
  • a jacket cannula is moved with the aid of a means for locking from a first position that completely houses the tip of the applicator to a second position that releases the tip of the applicator, and in a further process step the jacket cannula is moved with the aid of the locking means from the second position, releasing the tip of the applicator, to the first position, completely enclosing the tip of the applicator, is shifted ver.
  • the applicator can be advantageously protected and, in the case of a cannula with a tip, in particular in the form of a cannula cut, placed self-tapping directly at the respective treatment site, and the tip of the applicator can only be released for thermal treatment at the treatment site.
  • the jacket cannula can be pushed back into the first position that completely encloses the applicator, wherein tissue adhering to the tip or shaft of the applicator can advantageously be removed by pushing the jacket cannula relative to the applicator.
  • the device according to the invention advantageously enables targeted, relatively rapid heating of a diseased biological tissue to be treated, while at the same time protecting the biological tissue from unintentional exposure to heat. Due to the possibility of a network separation and the fulfillment of all requirements for EMC security, it is particularly suitable for medical ambulance use.
  • the relatively simple internal structure of the applicator which is largely independent of its size, also advantageously enables simple structural changes, in particular a further downsizing of the applicator.
  • 1 shows an embodiment of a device according to the invention for the thermal treatment of biological tissue
  • 2 shows an embodiment of an applicator in an external view
  • FIG. 3 shows the applicator from FIG. 2 without a connecting piece, a partial region being shown as a section along the longitudinal axis of the applicator; 4 shows a longitudinal section through an applicator with schematically drawn laser beams;
  • FIG. 5 shows the applicator from FIGS. 2 to 4 in an enlarged external view during the thermal treatment of biological tissue
  • Figure 7 shows a further thermal recording of a larger area of an applicator during operation
  • Figure 8a shows a further embodiment of the invention with a jacket cannula for Einhau solution of the applicator and a means for locking the jacket cannula, in which the jacket cannula is in a first, the applicator completely residing position.
  • FIG. 8b shows the embodiment from FIG. 8a, in which the jacket cannula is in a second position which releases the tip of the applicator;
  • 9a is a perspective view of an ultrasound and template system for a trans perineal prostate biopsy of the prior art.
  • FIG. 9b shows the ultrasound and template system from FIG. 8a when used during a prostate biopsy.
  • a device 1 shows an embodiment of a device 1 according to the invention for the thermal treatment of biological tissue 5. It comprises at least one laser generator 3 for generating laser beams L, a light waveguide 31 connected to the laser generator 3, a collimator 32 connected to the light waveguide 31, one Applicator 2 for heating biological tissue 5, and a control device 4.
  • the device 1 can also be connected, in particular for further data processing, to an external computer 6 and preferably comprises for manual control of the start and / or end of the generation of the laser beams L by the laser generator 3, a manual control means, preferably a foot switch 11.
  • a timer 42 can alternatively or cumulatively also be advantageously provided.
  • the device 1 is set up according to the invention in such a way that the tip 21 of the applicator 2 is heated exclusively with the aid of laser beams L generated by the laser generator 3.
  • An embodiment of an applicator 2 is shown in an external view in FIG. 2.
  • the applicator 2 preferably comprises a linear, hollow shaft 22 of in particular 300, 400 or up to 500 mm in length, one end of which can be connected to the collimator 32, in particular via a connecting piece 23, and the tip 21 is arranged at the other end or is formed (see also FIGS. 3 and 4).
  • the tip 21 is preferably solid and has a length of 1.5 to 3.5 mm, preferably 2.5 mm.
  • the applicator 2 preferably consists at least partially, in particular at its tip 21, of a thermally conductive material, in particular of medical grade stainless steel.
  • the applicator 2 can also be constructed in one part, so that the hollow shaft 22 and the tip 21 are made from one part, but it can also be constructed in several parts, so that in particular the tip 21 and the hollow shaft 22 represent two different components which directly or indirectly, for example via a thermal insulation means 24 (see FIG. 5), are connected to one another.
  • the laser generator 3 (cf. FIG. 1), which can preferably be designed as a fiber laser, preferably generates laser beams L of a wavelength which are matched to the absorption properties of the material of the tip 21, in particular to the absorption maximum of the material of the tip 21 is. It has proven particularly useful if the laser generator generates 3 laser beams L in a wavelength range from 800 to 1600 nm, in particular in a range from 1030 to 1540 nm, particularly preferably with a wavelength of 1064 nm, the absorption maximum of medical grade stainless steel.
  • the device 1 can preferably also comprise at least one means for generating a visual and / or acoustic signal.
  • 1 shows an embodiment both with a means for generating a visual signal, here a lamp 32, preferably an LED lamp, and with a means for generating an acoustic signal, such as a loudspeaker or - as here - a buzzer 44 shown.
  • FIG. 3 shows the applicator from FIG. 2 without connecting piece 23, a partial area being shown as a section along the longitudinal axis of the applicator 2.
  • the outer diameter AD of the applicator 2 can be in a range from 2 to 3 mm, in particular in a range from 2.46 to 2.54 mm, preferably at a value of 2.50 mm.
  • the domestic The nominal diameter ID of the applicator 2, in particular of the hollow shaft 22, can be in a range from 0.8 to 1.2 mm, in particular in a range from 0.95 to 1.05 mm, before being at a value of 1.00 mm
  • the tip 21 can be conical, preferably in the form of a straight circular cone, wherein the half opening angle W can be in a range between 15 and 30 °, in particular between 20 and 25 °, preferably 22.5 °.
  • Fig. 4 shows a longitudinal section through an applicator 2 with schematically drawn laser beams L.
  • the laser beams L generated by the laser generator 3 largely linear and parallel to each other within the applicator 2, in particular within the hollow shaft 22, and finally meet the tip 21.
  • the collimator 32 is set up to focus the laser beams L such that they tip the tip 21 of the applicator 2 in a range of less than 1.0 mm of the inner diameter ID of the applicator 2, before in a range of less than 0.8 mm of the inner diameter ID of the applicator 2.
  • the laser beams L generated by the laser generator 3 are first guided to the collimator 32 with the aid of an optical waveguide 31 (cf. FIG.
  • the laser beams L then strike the inner wall of the tip 21 of the applicator 2, the tip 21 of the applicator 2 being heated by the impact of the laser beams L and absorption of the laser energy.
  • FIG. 5 shows the applicator 2 from FIGS. 2 to 4 in an enlarged external view during the thermal treatment of biological tissue 5. It is shown how the applicator 2 is preferably introduced through a relatively small incision 53 into the biological tissue 5 and can be positioned with its tip 21 in the region of the diseased tissue 53 to be treated, in particular in the region of tumor tissue. By heating the tip 21 of the applicator 2 according to the invention to temperatures of 40 to 200 ° C., preferably up to 100 ° C., the diseased tissue 53 can then be used in accordance with the type of therapy desired by the doctor (hyperthermia in the narrower or broader sense, cf. Introduction to the description) are treated thermally.
  • the hollow shaft 22 remains advantageous, regardless of its length, almost when the exercise temperature, which prevents damage to the surrounding healthy tissue 51 ver.
  • a special insulation agent for the hollow shaft 22 of the applicator 2 is advantageously not necessary.
  • the laser beams L can advantageously be generated continuously and / or in the form of pulses, wherein the generation of the laser beams L, in particular the beginning and / or the end of the generation, can be indicated visually and / or acoustically by the laser generator 3.
  • the device 1 preferably forms a closed system with respect to the lasers L generated by the laser generator 3, that is to say that the laser beams L do not leave the device, in particular the applicator 2, and thus do not provide any laser protection measures, either for the Users who need to be met for the patient as well as for third parties around.
  • the treatment effect is advantageously based solely on the thermal effect of the tip 21 heated by the laser beams L on the biological tissue 5 to be treated, in particular on diseased tissue 52, including in particular tumor tissue.
  • the device 1 according to the invention can be used to treat the thermally treated area, among others. control advantageously via the relationship between the laser power introduced and the pulse duration.
  • the device 1 preferably comprises three safety circuits in order to avoid inadvertent damage, in particular to the person being treated.
  • a device according to the invention in particular its control unit 4 or its computer 6, is preferably operated with the aid of control software with password-protected input parameters, the maximum output of which is limited in the factory.
  • a maximum pulse duration can be defined, in particular via the timer 42, which cannot be exceeded by user inputs and / or manual actuation of the foot switch 11, for example.
  • the device 1 according to the invention can advantageously comprise a power controller with predetermined maximum values for limiting the maximum power of the laser generator 3.
  • the laser clocking in particular the beginning and / or the end of the generation of the laser beams L by the Laser generator 3, is preferably indicated visually by lighting or extinguishing a lamp 43 and / or acoustically by sounding or silencing a signal tone generated by means of a loudspeaker and / or a buzzer 44.
  • 6 and 7 illustrate the temperature distribution within the applicator 2 during operation using thermal images.
  • FIG. 6 shows a thermal image of an applicator 2 with a scale drawn in, warm areas being shown with a light border.
  • the heated area of the tip 21 has a length of approximately 2.5 to 3 mm.
  • the rest of the applicator 2, especially its hollow shaft 22, on the other hand, remains comparatively cool or has an ambient temperature (shown dark here.
  • FIG. 7 shows a further thermal recording of a larger area of an applicator 2 during operation.
  • the temperature distribution between tip 21 and hollow shaft 22 can be seen more clearly in this recording. While the preferably solidly constructed tip 21 appears homogeneously bright, that is to say is almost homogeneously heated, the entire hollow shaft 22 appears dark, so it advantageously remains at ambient temperature, even with several treatment cycles in succession. Thermal insulation of the hollow shaft 22 along its longitudinal extent is therefore advantageously not necessary, even if the applicator 2, in particular its tip 21 and its hollow shaft 22, is constructed from one part.
  • the applicator 2 can also be made in several parts, preferably in three parts, the hollow shaft 22 and the tip 21 being made of different material, in particular with a different thermal conductivity can be and / or between the hollow shaft 22 and the tip 21, an insulation means 24 can be arranged for further thermal insulation (see FIG. 4).
  • FIGS. 8a and 8b finally show a further embodiment of the invention with a jacket cannula 25 for housing the applicator 2 and a means for locking 28 the jacket cannula 25, in which the jacket cannula 25 is in a first position that completely houses the applicator 2 ( Fig. 8a) or in a second, the tip 21 of the applicator 2 releasing position (Fig. 8b).
  • the jacket cannula 25, as can be seen here, has a fastening means 27, in particular an external thread, on a side provided for operative connection with the central locking means 28, and a tip 26, in particular in the form of a cannula cut, on the opposite side.
  • the outer diameter AD of the applicator 2 can be in a range from 1.90 to 3.00 mm, in particular in a range from 1.95 to 2.05 mm, preferably at a value of 1.99 mm.
  • the inner diameter ID of the applicator 2, in particular of the hollow shaft 22, can range in this configuration from 0.80 to 1.70 mm, in particular in a range from 1.55 to 1.65 mm, preferably at a value of 1.60 mm.
  • the outer diameter of the cannula 25 can be in a range from 2.70 to 3.90 mm, in particular in a range from 2.75 to 2.85 mm, preferably at a value of 2.80 mm, and the inner diameter of the cannula 25 in a range from 2.00 to 3.20 mm, in particular in a range from 2.15 to 2.25 mm, preferably at a value of 2.20 mm.
  • the device 1 can further comprise a, preferably 120 mm long, handle 13 which houses the collimator 32 and the means for locking 28, and on which a switch 29 is arranged which is operatively connected to the means for locking 28.
  • a partial section through such a handle 13 is shown as an example in FIGS. 8a and 8b.
  • the collimator 32 is also connected via an optical waveguide 31 to the laser generator and thus to the rest of the device 1.
  • the applicator 2 can be connected to the collimator 32, in particular via a connecting piece 23, which preferably comprises an external thread.
  • the applicator 2 can, for example, be screwed onto the handle 13 and / or on the collimator 32 by means of the external thread.
  • the jacket cannula 25 can then be pushed over the applicator 2 and also fastened, preferably screwed in, to the handle 13 by means of a fastening means 27, in particular an external thread, for who.
  • the handle 13 preferably comprises a means for locking 28 the jacket cannula 25, which is set up to position the jacket cannula 25 with respect to the applicator 2 from a first position in which the jacket cannula 25 completely houses the applicator 2 (see in FIG. 8a). , to a second position, in which the cannula 25 releases the tip 21 of the applicator 2 (FIG. 8b).
  • the lock 28 can preferably be pressed in slightly and with the thumb of a user (not shown). be moved.
  • the applicator 2 can thereby advantageously remain protected within the cannula 25 until the treatment site is reached.
  • the user can then move the jacket cannula 25 into the second position, in which the jacket cannula 25 releases the tip 21 of the applicator 2, and start the treatment ,
  • the sheath cannula 25 can be brought back into its first position, the applicator 2, completely in the position with the aid of the locking means 28, advantageously any tissue 5 remaining on the applicator 2 being stripped from this and the sheath cannula 25 together with the Applicator 2 can be pulled out of the treatment field without resistance, in particular via a template or a grid template.
  • tumors and tissue anomalies for example in the kidneys, liver, prostate, stomach, spleen, in firm tissue areas of the skin, and in general in all soft tissues, in particular outpatient, can be treated thermally.
  • the exact positioning of the diseased tissue 52, in particular of tumor cells, of the cancer cells can preferably be carried out using 3D imaging (hospital-specific) and using a mm template.
  • mm stencils (“templates”) can consist, for example, of several plate levels in order to ensure stable guidance of the applicator 2 into the tissue 5.
  • FIG. 9a shows a perspective view of an ultrasound and template system for a transperineal prostate biopsy of the prior art (FIG. 9a) or such an ultrasound and template system for use during a prostate biopsy (FIG 9b).
  • Fig. 9a shows a template ("Template”), as it can also be used in a thermal treatment of biological tissue 5 by means of the device 1 of the present invention.
  • the openings 120 have a diameter which is somewhat larger than the diameter of the biopsy needle 100 used, or, in the case of the present invention, somewhat larger than the outer diameter AD of the applicator 2, so that the applicator 2 is as low-friction as possible but nevertheless trolled through the openings 120 can be performed.
  • the imaging takes place with an ultrasound probe 130, which in particular can be connected to the connecting arm 126 via a housing element 128.
  • FIG. 9b shows how such an ultrasound and template system can be used in a prostate biopsy.
  • the ultrasound and template system of the prior art is brought to the patient to be treated so that the ultrasound probe 130 can be inserted into the rectum 503 of the patient.
  • the template 115 connected via the connecting arm 126 and the housing element 128 to the ultrasound probe 130 now serves as a template for guiding the biopsy needle 100 or, in the case of the present invention, as a template for guiding the applicator 2 and thus to enable targeted thermal treatment of generally diseased tissue 52, or - as shown here - in particular the prostate 502 of a patient.
  • an exact positioning (position determination) of the tissue 52 to be treated can also take place in the case of the present invention.
  • 3D imaging can be carried out using an ultrasound probe, as shown here by way of example, but other imaging processes in medical technology can also be used.
  • the present invention relates to a device 1 for the thermal treatment of biological tissue 5, at least comprising: a laser generator 3 for generating laser beams L, an optical waveguide 31 connected to the laser generator 3, a collimator 32 connected to the optical waveguide 31, an applicator 2 for heating of biological tissue 5, and a control device 4, characterized in that the device 1 is set up in such a way that the tip 21 of the applicator 2 is heated exclusively with the aid of laser beams L generated by the laser generator 3, and a method for operating such a device 1
  • the device 1 according to the invention advantageously enables targeted, relatively rapid heating of a diseased biological tissue 52 to be treated, in particular in the case of a medical ambulance, while at the same time healthy biological tissue 51 is protected against unintentional exposure to heat.

Abstract

The present invention relates to a device (1) for the thermal treatment of biological tissue (5), comprising at least: a laser generator (3) for generating laser beams (L), an optical waveguide (31) connected to the laser generator (3), a collimator (32) connected to the optical waveguide (31), an applicator (2) for heating biological tissue (5), and a controller (4), characterized in that the device (1) is designed such that the tip (21) of the applicator (2) is heated exclusively using laser beams (L) generated by means of the laser generator (3). The invention also relates to a method for operating a device (1) of this type. The device (1) according to the invention advantageously allows targeted, relatively rapid heating of a diseased biological tissue (52) to be treated, in particular in medical outpatient use, while healthy biological tissue (51) is protected from unintentional heat effects. The relatively simple structure of the applicator (2), which is largely independent of the size thereof, also advantageously allows simple structural modification, in particular a reduction in size.

Description

Vorrichtung zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe und Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung  Device for the thermal treatment of biological tissue and method for operating such a device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Gewebe, wenigstens umfassend: The present invention relates to a device for the thermal treatment of tissue, at least comprising:
einen Lasergenerator zur Erzeugung von Laserstrahlen,  a laser generator for generating laser beams,
einen mit dem Lasergenerator verbundenen Lichtwellenleiter,  an optical fiber connected to the laser generator,
einen mit dem Lichtwellenleiter verbundenen Kollimator,  a collimator connected to the optical fiber,
einen Applikator zur Erwärmung von Gewebe, und  an applicator for heating tissue, and
eine Steuereinrichtung, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung. a control device and a method for operating such a device.
Im Bereich der Krebstherapie beschäftigen sich Ärzte und Wissenschaftler schon seit über einhundert Jahren mit dem gezielten Überwärmen von Tumorgewebe, der sog. Hy perthermie. Dabei soll eine kontrollierte Wärmeanwendung Krebszellen zerstören und den Tumor empfindlicher machen, beispielsweise gegenüber einer weitergehenden Chemo- oder einer Strahlentherapie. Grundsätzlich reagieren Krebszellen empfindlicher auf Wärme als gesunde Körperzellen. Bei lang andauernder und wiederholter Hyperther mie bilden Krebszellen sogenannte Hitzeschockproteine, die auch Stresseiweiße genannt werden. Sie fungieren als Signal für die körpereigenen Killerzellen, die angeschlagenen und mutierten Zellen abzubauen. Tür eine derartige Behandlung von Tumorgewebe sind lediglich Temperaturen im Bereich von 40 bis 43 °C notwendig. In the area of cancer therapy, doctors and scientists have been dealing with the targeted overheating of tumor tissue, the so-called hyperthermia, for over a hundred years. A controlled application of heat should destroy cancer cells and make the tumor more sensitive, for example to further chemotherapy or radiation therapy. Basically, cancer cells are more sensitive to heat than healthy body cells. With long-lasting and repeated hyperthermia, cancer cells form so-called heat shock proteins, which are also called stress proteins. They act as a signal for the body's own killer cells to break down the damaged and mutated cells. For such treatment of tumor tissue, only temperatures in the range of 40 to 43 ° C are necessary.
Neben diesen Hyperthermieverfahren im engeren Sinn arbeiten auch andere Verfahren mit der gezielten Überwärmung von Gewebe, wobei hier die gezielte thermische Zerstö- rung von Tumorgewebe im Vordergrund steht. Diese Verfahren können als Hyperther mieverfahren im weiteren Sinn verstanden werden; darunter fallen beispielsweise die hochfrequenzinduzierte Thermotherapie (HITT) und die laserinduzierte Thermotherapie (LITT). Bei der HITT schieben die Ärzte während eines kleinen Eingriffs eine Nadel elektrode in den Tumor des Patienten. Meist reicht eine örtliche Betäubung oder eine leichte Narkoseform. Im Tumor erzeugt die Elektrode Temperaturen zwischen 56 und 100 °C, bei denen Gewebe unmitelbar geschädigt wird. Bei der LITT wird ein Glasfaser- Lichtleiter ins Tumorgewebe vorgeschoben. Das Gewebe wird dann durch langwelliges Laserlicht erhitzt und zerstört. Die Temperaturen liegen wie bei der HITT in einem Be reich, der Gewebe direkt zerstört. In addition to these hyperthermia procedures in the narrower sense, other procedures also work with the targeted overheating of tissue, with the focus here on the targeted thermal destruction of tumor tissue. These procedures can be understood as hyperthermia procedures in a broader sense; These include, for example, high-frequency-induced thermotherapy (HITT) and laser-induced thermotherapy (LITT). At HITT, the doctors insert a needle electrode into the patient's tumor during a small procedure. Local anesthesia or a light form of anesthesia are usually sufficient. The electrode in the tumor generates temperatures between 56 and 100 ° C, at which tissue is directly damaged. At LITT, an optical fiber light guide is inserted into the tumor tissue. The tissue is then heated and destroyed by long-wave laser light. As with HITT, the temperatures are in a range that directly destroys tissue.
Aus der DE 601 13 783 T2 ist in diesem Zusammenhang eine Nadelelektrode mit akti vem Hochfrequenzfaden zur Behandlung von parenchymatösen (durchbluteten) Tumoren mitels radiofrequenzinduzierter interstitieller Hyperthermie (Thermotherapie) bekannt geworden. In der DE 36 11 971 Al wird ein Verfahren und eine Vorrichtung offenbart zur Behandlung von Tumorgeweben mitels Wärme, durch im Körper eingesetzte intersti tielle Mikrowärmetauscher. Der Energietransport erfolgt hier über warmwasserdurchflos sene Rohre kleiner Dimension, wobei der hier beschriebene Wärmetauscher als Einfach rohr im Durchstichverfahren und als Koaxialrohr im Einstichverfahren implantiert wer den kann. In der DE 689 25 553 T2 wird eine Vorrichtung zur interstitiellen Gewebebe handlung mit mehrfachen Behandlungsmodalitäten beschrieben, bei der ein elektrisches Heizelement innerhalb eines länglichen Elements als erste Behandlungsmodalität vorge sehen ist, um eine Hyperthermiebehandlung des umgebenden Gewebes zu ermöglichen. Das hier beschriebene längliche Element umfasst ferner eine sog. zweite Modalität, wel che auf die erste Modalität reagiert oder damit zusammenwirkt, beispielsweise ein Chemotherapeutikum, dessen Wirkungsgrad durch Erwärmung gesteigert werden kann. From DE 601 13 783 T2, a needle electrode with active high-frequency thread for the treatment of parenchymatous (perfused) tumors by means of radio frequency-induced interstitial hyperthermia (thermotherapy) has become known in this connection. DE 36 11 971 A1 discloses a method and a device for treating tumor tissues by means of heat, by interstitial micro heat exchangers used in the body. The energy is transported here via small-diameter pipes through which hot water flows, and the heat exchanger described here can be implanted as a single pipe in the piercing process and as a coaxial pipe in the piercing process. DE 689 25 553 T2 describes a device for interstitial tissue treatment with multiple treatment modalities, in which an electrical heating element is provided as the first treatment modality within an elongate element to enable hyperthermic treatment of the surrounding tissue. The elongated element described here further comprises a so-called second modality, which reacts or interacts with the first modality, for example a chemotherapeutic agent, the efficiency of which can be increased by heating.
Den genannten Verfahren bzw. Vorrichtungen ist gemein, dass sie einerseits komplex aufgebaute Applikatoren (wie eine Nadelelektrode mit darin verschiebbarem Hochfre quenzfaden, einen warmwasserbetriebenen Mikrowärmeaustauscher oder ein in einem länglichen Element befindliches elektrisches Heizelement) bedürfen, deren Baugröße durch den inneren Aufbau vorgegeben ist und deren Erwärmung selbst relativ träge ver läuft, und andererseits zumeist eine Isolationshülle um einen Schaft des Applikator vor gesehen sein muss, um eine Schädigung von gesundem biologischen Gewebe zu vermei den, wenn sich der Applikator erwärmt. The above-mentioned methods and devices have in common that on the one hand they require complex applicators (such as a needle electrode with high-frequency thread that can be displaced therein, a hot water-operated micro heat exchanger or an electrical heating element located in an elongated element), the size of which is determined by the internal structure, and their Warming itself runs relatively sluggishly, and on the other hand, usually an insulation sleeve around a shaft of the applicator must be seen in order to avoid damage to healthy biological tissue when the applicator warms up.
Hiervon ausgehend hegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbes serte Vorrichtung zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe und ein Ver fahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung bereitzustellen, welche einen möglichst einfach aufgebauten Applikator aufweist, der in seiner Baugröße weitgehend unabhängig von seinem inneren Aufbau ist und somit leicht verändert, insbesondere verkleinert wer den kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll darüber hinaus eine gezielte, relativ schnelle Erwärmung des zu behandelnden, kranken biologischen Gewebes zulassen und dabei gesundes biologisches Gewebe vor einer unbeabsichtigten Wärmeeinwirkung schützen. Proceeding from this, the object of the present invention is to provide an improved device for the thermal treatment of biological tissue and a method for operating such a device which has an applicator which is as simple as possible and which is largely independent in terms of its size of its internal structure and is therefore slightly changed, especially reduced who can. The device according to the invention is also intended to permit targeted, relatively rapid heating of the diseased biological tissue to be treated and to protect healthy biological tissue from unintended heat.
Diese Aufgabe wird zunächst durch eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe, mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung mit den Merkmalen des un abhängigen Patentanspruchs 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter bildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegen stand der abhängigen Ansprüche. This object is first achieved by a device for the thermal treatment of biological tissue, with the features of independent claim 1, and by a method for operating such a device with the features of independent claim 10. Further advantageous refinements and developments, which can be used individually or in combination with one another, are subject to the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Behandlung von biologischem Ge webe baut auf gattungsbildenden Vorrichtungen dadurch auf, dass sie derart eingerichtet ist, dass die Erwärmung einer Spitze des Applikators ausschließlich mit Hilfe von, mittels des Lasergenerators erzeugten, Laserstrahlen erfolgt. The device according to the invention for the thermal treatment of biological tissue builds on generic devices in that it is set up in such a way that the tip of the applicator is heated exclusively with the aid of laser beams generated by the laser generator.
Die Erwärmung der Spitze des Applikators ausschließlich mit Hilfe von, mittels des La sergenerators erzeugten, Laserstrahlen ermöglicht es vorteilhaft, lediglich die Spitze des Applikators zu erwärmen, wobei der Schaft des Applikators vorteilhaft bei Umgebungs temperatur verbleibt. Auf diese Weise ist eine gezielte thermische Behandlung von biolo gischem Gewebe, insbesondere von Tumorgewebe, möglich, wobei umhegendes gesun des Gewebe vorteilhaft nicht verletzt wird. Heating the tip of the applicator exclusively with the aid of laser beams generated by the laser generator advantageously makes it possible to heat only the tip of the applicator, the shaft of the applicator advantageously remaining at ambient temperature. In this way, a targeted thermal treatment of biological tissue, in particular tumor tissue, is possible, with surrounding healthy tissue being advantageously not injured.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bildet die Vorrichtung dabei vorzugs weise ein bezüglich der, mittels des Lasergenerators erzeugten, Laserstrahlen geschlosse nes System. Ein bezüglich der erzeugten Laserstrahlen geschlossenes System, verhindert vorteilhaft das unkontrollierte Austreten von Laserstrahlen, insbesondere das Entstehen von Laser-Streustrahlung. Da keine freien Laserstrahlen entstehen, kann die Bedienung der Vorrichtung ohne jegliche Laser-Schutzeinrichtung, beispielsweise Laser- Schutzbrillen o. Ä, erfolgen. Zudem hat sich bewährt, dass der Applikator wenigstens teilweise, insbesondere an seiner Spitze, aus einem thermisch leitenden Material, insbesondere aus medizinischem Edel stahl, besteht. Thermisch leitendes Material kann die, durch Bestrahlung mit Laserstrah len, absorbierte Energie als Wärmeenergie an die Umgebung, vorzugsweise an anliegen des Gewebe über Wärmeleitung weiterleiten/geben. Medizinischer Edelstahl erfüllt dabei neben seiner thermischen Leitfähigkeit auch die gesetzlichen Vorgaben zur Verwendung im Medizinbereich, insbesondere bei Kontakt mit menschlichem Gewebe. In a preferred embodiment of the invention, the device preferably forms a closed system with respect to the laser beams generated by the laser generator. A system which is closed with respect to the laser beams generated advantageously prevents the uncontrolled emergence of laser beams, in particular the generation of laser scattered radiation. Since there are no free laser beams, the device can be operated without any laser protective device, for example laser protective glasses or the like. In addition, it has been found that the applicator consists at least partially, in particular at its tip, of a thermally conductive material, in particular of medical grade steel. Thermally conductive material, the energy absorbed by irradiation with laser beams, can be passed on as heat energy to the surroundings, preferably in contact with the tissue via heat conduction. In addition to its thermal conductivity, medical stainless steel also fulfills the legal requirements for use in the medical field, especially when it comes into contact with human tissue.
Erfmdungsgemäß bevorzugt ist dabei, dass der Applikator einen linearen, hohlen Schaft umfasst, dessen eines Ende mit dem Kollimator, insbesondere über ein Verbindungsstück, verbindbar ist und an dessen anderem Ende die Spitze angeordnet oder ausgebildet ist. Ein linearer hohler Schaft ermöglicht vorteilhaft die annähernd wechselwirkungsfreie Leitung eines (näherungsweise) parallelen Laserstrahlbündels durch den Schaft bis die Laserstrahlen schließlich auf die an einem Ende des Schafts angeordnete Spitze treffen. It is preferred according to the invention that the applicator comprises a linear, hollow shaft, one end of which can be connected to the collimator, in particular via a connecting piece, and the tip of which is arranged or formed at the other end. A linear hollow shaft advantageously enables the approximately interaction-free conduction of an (approximately) parallel laser beam through the shaft until the laser beams finally strike the tip arranged at one end of the shaft.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung hat sich bewährt, dass der Lasergenerator Laserstrahlen einer Wellenlänge erzeugt, welche auf die Absorptionseigenschaften des Materials der Spitze, insbesondere auf das Absorptionsmaximum des Materials der Spit ze, abgestimmt ist. Laserstrahlen, deren Wellenlänge auf die Absorptionseigenschaften des Materials der Spitze abgestimmt ist, ermöglichen eine optimale Energieübertragung der Laserenergie auf die Spitze und somit eine möglichst verlustarme und schnelle Auf heizung/Erwärmung der Spitze des Applikators. In a further preferred embodiment, it has proven useful that the laser generator generates laser beams of a wavelength which is matched to the absorption properties of the material of the tip, in particular to the absorption maximum of the material of the tip. Laser beams, the wavelength of which is matched to the absorption properties of the material of the tip, enable an optimal energy transfer of the laser energy to the tip and thus a low-loss and rapid heating / heating of the tip of the applicator.
Dabei ist es von Vorteil, wenn der Lasergenerator Laserstrahlen in einem Wellenlängen bereich von 800 bis 1600 nm, insbesondere in einem Bereich von 1030 bis 1540 nm, be sonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 1064 nm erzeugt. Laserstrahlen mit einer Wellenlänge von 1064 nm haben sich insbesondere als günstig für die Erwärmung einer Spitze aus medizinischem Edelstahl erwiesen. It is advantageous if the laser generator generates laser beams in a wavelength range from 800 to 1600 nm, in particular in a range from 1030 to 1540 nm, particularly preferably with a wavelength of 1064 nm. Laser beams with a wavelength of 1064 nm have proven to be particularly beneficial for heating a medical stainless steel tip.
Darüber hinaus ist bevorzugt, dass der Lasergenerator als ein Easerlaser ausgebildet ist. Easerlaser verfügen über einzigartige Eigenschaften, so z. B. elektrisch-optische Wir kungsgrade bis über 30%, herausragende Strahlqualität (mit M2 < 1,1 bei Singlemode- Easerlaseraufbau, M2 < 1,2 bei Doppelmantelfasem), eine hohe Lebensdauer (> 20.000 h) und einen kompakten, wartungsfreien und unempfindlichen Aufbau. Der Pulsbetrieb reicht bis in den fs-Bereich und kann vorteilhaft eine hohe Spitzenintensität erreichen. In addition, it is preferred that the laser generator is designed as an Easer laser. Easer lasers have unique properties. B. electrical-optical efficiencies up to over 30%, excellent beam quality (with M2 <1.1 for single-mode laser laser construction, M2 <1.2 for double-clad fibers), a long service life (> 20,000 h) and a compact, maintenance-free and insensitive structure. The pulse mode extends into the fs range and can advantageously reach a high peak intensity.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat sich bewährt, dass der Kollimator ein gerichtet ist, die Laserstrahlen derart zu fokussieren, dass sie die Spitze des Applikators in einem Bereich von kleiner 1,0 mm des Innendurchmessers des Applikators, bevorzugt in einem Bereich von kleiner 0,8 mm des Innendurchmessers des Applikators, treffen. Die Erwärmung des Applikators erfolgt ausschließlich in der Spitze und kann im Temperatur bereich beliebig vom Arzt variiert werden. Vorrangig beabsichtigt ist ein Temperaturbe reich ausschließlich an der Nadelspitze von 2,5 mm bis auf l00°C. Der Schaft des Appli kators selbst wird vorteilhaft nicht erhitzt und weist lediglich, unabhängig von seiner Länge, nur die übliche Körper/ Umgebungs-Temperatur auf. Dadurch kann die thermi sche Schädigung des umhegenden„gesunden“ Gewebes vorteilhaft vermieden werden. In a further embodiment of the invention, it has proven useful that the collimator is designed to focus the laser beams in such a way that they tip the applicator in a range of less than 1.0 mm of the inner diameter of the applicator, preferably in a range of less than 0 , 8 mm of the inner diameter of the applicator. The applicator is only heated at the tip and can be varied as desired by the doctor in the temperature range. The primary aim is a temperature range from 2.5 mm up to 100 ° C at the needle tip only. The shaft of the applicator itself is advantageously not heated and only has, regardless of its length, only the usual body / ambient temperature. Thereby the thermal damage to the surrounding “healthy” tissue can be avoided.
Darüber hinaus hat sich eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewährt, in der die Vorrichtung wenigstens ein Mittel zur Erzeugung eines visuellen und/oder akustischen Signals, insbesondere eine Lampe und/oder einen Summer, umfasst. Eine Mittel zur Erzeugung eines visuellen und/oder akustischen Signals, insbesondere eine Lampe und/oder ein Summer, kann dem Benutzer vorteilhaft den Beginn und/oder das Ende der Erzeugung der Laserstrahlen anzeigen. Die Behandlung des Gewebes durch den Benutzer kann dadurch kontrollierter und sicherer erfolgen. In addition, an embodiment of the device according to the invention has proven itself in which the device comprises at least one means for generating a visual and / or acoustic signal, in particular a lamp and / or a buzzer. A means for generating a visual and / or acoustic signal, in particular a lamp and / or a buzzer, can advantageously indicate to the user the start and / or the end of the generation of the laser beams. The treatment of the tissue by the user can thus take place in a more controlled and safe manner.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung hat sich bewährt, dass die Vorrichtung eine Mantelkanüle zur Einhausung des Applikators und ein Mittel zur Arretierung der Mantel kanüle umfasst, wobei das Mittel zur Arretierung eingerichtet ist, die Mantelkanüle ge genüber dem Applikator von einer ersten Position, in der die Mantelkanüle den Applika tor vollständig einhaust, zu einer zweiten Position, in der die Mantelkanüle die Spitze des Applikators freigibt und umgekehrt, zu verschieben. Eine derartige Mantelkanüle kann den Applikator vorteilhaft stabilisieren und während einer Bewegung durch das Gewebe bis hin zum Einsatzort schützen. Am Einsatzort kann die Mantelkanüle die Spitze des Applikators dann vorteilhaft freigeben, um eine gezielte thermische Behandlung zu er möglichen. Nach erfolgter thermischer Behandlung kann die Mantelkanüle wieder in die erste, den Applikator vollständig einhausende, Position zurückgeschoben werden, wobei vorteilhaft an der Spitze beziehungsweise am Schaft des Applikators anhaftendes Gewebe durch das Verschieben der Mantelkanüle gegenüber dem Applikator entfernt werden kann. Die Mantelkanüle kann zudem die thermische Isolierung des Applikators gegen über dem umliegenden gesunden Gewebe, insbesondere bei Dauerbetrieb der Vorrich tung, sicherstellen. In a further preferred embodiment, it has proven useful that the device comprises a jacket cannula for housing the applicator and a means for locking the jacket cannula, the means for locking being set up to position the jacket cannula against the applicator from a first position in which the The cannula completely encloses the applicator, to a second position in which the cannula releases the tip of the applicator and vice versa. A jacket cannula of this type can advantageously stabilize the applicator and protect it as it moves through the tissue to the place of use. At the place of use, the cannula can then advantageously release the tip of the applicator in order to enable targeted thermal treatment. After the thermal treatment has taken place, the cannula can be pushed back into the first position, which completely houses the applicator, with tissue advantageously adhering to the tip or shaft of the applicator can be removed by moving the jacket cannula relative to the applicator. The jacket cannula can also ensure the thermal insulation of the applicator from the surrounding healthy tissue, in particular during continuous operation of the device.
Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausgestaltung, bei der die Mantelkanüle an einer zur Wirkverbindung mit dem Mittel zur Arretierung vorgesehenen Seite ein Befestigungsmit tel, insbesondere ein Außengewinde, und an der gegenüberliegenden Seite eine Spitze, insbesondere in Form eines Kanülenschliffs, aufweist. Eine, insbesondere in Form eines Kanülenschliffs ausgebildete, Spitze der Mantelkanüle, welche in der ersten, den Appli kator vollständig einhausenden Position der Metallkanüle gegenüber dem Applikator, nahe der Spitze des Applikators ist, kann es dem Benutzer vorteilhaft ermöglichen, direkt in biologisches Gewebe einzudringen, ohne die Behandlungsstelle, beispielsweise mit Hilfe eines Skalpells, vorschneiden zu müssen. Der Applikator samt Metallkanüle kann dadurch vorteilhaft mit Hilfe von 3D-Bildgebung selbstschneidend an der jeweilige Be handlungsstelle platziert werden. A particularly preferred embodiment is one in which the cannula has a fastening means, in particular an external thread, on a side provided for operative connection with the means for locking, and a tip, in particular in the form of a cannula cut, on the opposite side. A tip of the jacket cannula, in particular in the form of a cannula cut, which in the first position of the metal cannula relative to the applicator, which is completely enclosed by the applicator, near the tip of the applicator, can advantageously enable the user to penetrate directly into biological tissue. without having to pre-cut the treatment site, for example with the help of a scalpel. The applicator, including the metal cannula, can advantageously be placed self-cutting at the respective treatment site with the aid of 3D imaging.
Schließlich hat sich eine Ausgestaltung bewährt, bei der die Vorrichtung einen Handgriff umfasst, welcher den Kollimator und das Mittel zur Arretierung einhaust, und an dem ein Schalter angeordnet ist, welcher mit dem Mittel zur Arretierung wirkverbunden ist. Ein derartiger Handgriff, welcher vorzugsweise aus Edelstahl gebildet sein und/oder eine ergonomische Form, insbesondere rechteckig mit abgerundeten Kanten, aufweisen kann, ermöglicht vorteilhaft den Schutz des Kollimators und erlaubt nach Gebrauch einen ein fachen Wechsel des Applikators und/oder der Mantelkanüle. Über den am Handgriff an geordneten, mit dem Mittel zur Arretierung wirkverbundenen Schalter, kann die Mantel kanüle vom Benutzer vorteilhaft während Behandlung einhändig, insbesondere allein mit Hilfe seines Daumens, bedient, also von der ersten Position in die zweite Position und umgekehrt verschoben werden. Finally, an embodiment has proven itself in which the device comprises a handle which houses the collimator and the means for locking, and on which a switch is arranged which is operatively connected to the means for locking. Such a handle, which may preferably be made of stainless steel and / or may have an ergonomic shape, in particular rectangular with rounded edges, advantageously enables protection of the collimator and, after use, allows the applicator and / or the cannula to be changed easily. About the handle on ordered, with the means for locking operatively connected switch, the cannula can be operated by the user advantageously during treatment with one hand, especially with the help of his thumb, so it can be moved from the first position to the second position and vice versa.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung dadurch aus, dass die von einem Lasergenerator erzeugten Laserstrahlen mit Hilfe eines Lichtwellen leiters zu einem Kollimator geleitet werden; der Kollimator die Laserstrahlen so fokus siert, dass sie sich innerhalb eines Applikators weitgehend geradlinig und parallel zuei nander ausbreiten; die Laserstrahlen am dem Kollimator gegenüberliegenden Ende des Applikators auf die Innenwände einer Spitze des Applikators treffen; und die Spitze des Applikators durch das Auftreffen der Laserstrahlen und eine Absorption der Laserenergie erwärmt wird A method according to the invention for operating such a device characterized in that the laser beams generated by a laser generator are guided to a collimator with the aid of an optical waveguide; the collimator focuses the laser beams so that they spread largely in a straight line and parallel to each other within an applicator; the laser beams at the end of the collimator opposite Hit the applicator on the inside walls of a tip of the applicator; and the tip of the applicator is heated by the impact of the laser beams and absorption of the laser energy
Erfmdungsgemäß bevorzugt ist dabei, dass in einem Verfahrensschritt die Laserstrahlen durch den Kollimator derart fokussiert werden, dass sie sich über eine Wegstrecke von bis zu 500 mm weitgehend geradlinig und parallel zueinander ausbreiten. Laserstrahlen, welche sich weitgehend geradlinig und parallel zueinander ausbreiten, wechselwirken nicht mit einem Schaft des Applikators, insbesondere mit dessen Innenwand, sondern lediglich mit einer Spitze des Applikators. Entsprechend erfolgt eine Energieübertragung durch Absorption vorteilhaft auch nur an der Spitze, wodurch eine kontrollierte Erwär mung des Applikators an seiner Spitze erfolgt und der Schaft vorteilhaft weitgehend bei Umgebungs-/Körpertemperatur verbleibt. It is preferred according to the invention that in one process step the laser beams are focused by the collimator in such a way that they spread largely in a straight line and parallel to one another over a distance of up to 500 mm. Laser beams, which spread largely in a straight line and parallel to one another, do not interact with a shaft of the applicator, in particular with its inner wall, but only with a tip of the applicator. Correspondingly, energy transfer by absorption also advantageously takes place only at the tip, as a result of which the applicator is heated in a controlled manner at its tip and the shaft advantageously remains largely at ambient / body temperature.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Laserstrahlen kontinuierlich und/oder in Form von Pulsen erzeugt werden. Kontinuierlich erzeugte Laserstrahlen ermöglichen vorteilhaft eine kontinuierliche Erwärmung der Spitze, insbesondere mit dem Ziel eine über einen längeren Zeitraum konstante Temperatur der Spitze zu erzielen, was insbesondere im Rahmen einer Hyperthermiebehandlung im engeren Sinn (s.o.) vorteilhaft sein kann, bei der das zu behandelnde biologische Gewebe auf Temperaturen von 40 - 43 °C erwärmt werden soll. Laserpulse ermöglichen es dagegen vorteilhaft, die Spitze kurzzeitig zu er wärmen. Je nach der absorbierten Energiemenge können somit insbesondere kurzzeitig hohe Temperaturen (Temperaturspitzen) erzielt werden, mittels derer gezielt Tumorzellen direkt zerstört werden können, wie es in Hyperthermieverfahren im weiteren Sinn vorge sehen ist. It is also advantageous if the laser beams are generated continuously and / or in the form of pulses. Continuously generated laser beams advantageously enable the tip to be heated continuously, in particular with the aim of achieving a constant tip temperature over a longer period of time, which can be advantageous in particular in the context of hyperthermia treatment in the narrower sense (see above) in which the biological tissue to be treated should be heated to temperatures of 40 - 43 ° C. Laser pulses, on the other hand, advantageously make it possible to briefly heat the tip. Depending on the amount of energy absorbed, high temperatures (temperature peaks) can be achieved for a short time, by means of which targeted tumor cells can be destroyed directly, as is the case in hyperthermia procedures in the broader sense.
Darüber hinaus ist erfmdungsgemäß bevorzugt, dass in einem Verfahrensschritt Beginn und/oder Ende der Erzeugung der Laserstrahlen durch den Lasergenerator manuell (be vorzugt mittels eines Fußschalters und/oder eines Tasters) und/oder automatisiert (bevor zugt mittels eines Timers) gesteuert werden. Bei einer manuellen Steuerung, vorzugswei se mittels eines Fußschalters und /oder eines Tasters, kann der Benutzer Beginn und/oder Ende der Erzeugung von Laserstrahlen - als kontinuierlicher Laserstrahl oder als Pulsfol ge - selbst bestimmen und somit völlig frei auf Vorkommnisse/Veränderungen während der Behandlung reagieren. Dabei bietet ein Fußschalter insbesondere dem behandelnden Arzt die Möglichkeit, ohne seine Hände dafür benutzen zu müssen, Beginn und/oder En de der Erzeugung von Laserstrahlen zu bestimmen. Der Taster erlaubt dagegen vorteilhaft die Steuerung des Beginns und/oder Endes der Erzeugung von Laserstrahlen an einen Dritten zu übertragen, wodurch der behandelnde Arzt sich dann vollkommen auf die ei gentliche Behandlung konzentrieren kann. Insbesondere in diesem Fall kann der Fuß schalter dann vorteilhaft als eine Art Freigabe-Modul durch den behandelnden Arzt, und somit als eine zusätzliche Sicherungseinrichtung dienen. Eine automatische Steuerung, bevorzugt mittels eines Timers, hingegen erlaubt es dem Benutzer vorteilhaft sich voll ständig auf das zu behandelnde Gewebeareal zu konzentrieren und kann zudem vorteil haft eine Überhitzung einzelner Areale verhindern. In addition, it is preferred according to the invention that the start and / or end of the generation of the laser beams by the laser generator are controlled manually (preferably by means of a foot switch and / or a push button) and / or automatically (preferably by means of a timer) in one process step. With manual control, preferably using a foot switch and / or a button, the user can determine the start and / or end of the generation of laser beams - as a continuous laser beam or as a pulse train - and thus completely free of occurrences / changes during treatment react. A foot switch offers the patient in particular Doctor the possibility, without having to use his hands to determine the start and / or end of the generation of laser beams. The button, on the other hand, advantageously allows the control of the start and / or end of the generation of laser beams to be transferred to a third party, as a result of which the attending physician can then concentrate fully on the actual treatment. In this case in particular, the foot switch can then advantageously be used as a type of release module by the attending physician and thus as an additional safety device. An automatic control, preferably by means of a timer, however, advantageously allows the user to concentrate fully on the tissue area to be treated and can also advantageously prevent individual areas from overheating.
Zudem hat es sich bewährt, dass in einem Verfahrensschritt die Erzeugung der Laser strahlen, insbesondere der Beginn und/oder das Ende der Erzeugung, durch den Laserge nerator visuell und/oder akustisch angezeigt werden. Eine visuelle und/oder akustische Anzeige erlaubt es anwesende Personen vom aktuellen Verfahrensstand zu informieren und kann es dem insbesondere dem Benutzer vorteilhaft ermöglichen, das Behandlungs feld während der ganzen Behandlung im Blick zu behalten. In addition, it has proven useful that the generation of the lasers, in particular the beginning and / or the end of the generation, are displayed visually and / or acoustically by the laser generator in one process step. A visual and / or acoustic display allows people present to be informed of the current status of the process and can, in particular, advantageously enable the user to keep an eye on the treatment field during the entire treatment.
Schließlich hat sich bewährt, dass in einem Verfahrensschritt eine Mantelkanüle mit Hilfe eines Mittels zur Arretierung von einer ersten, die Spitze des Applikators vollständig einhausenden Position, zu einer zweiten, die Spitze des Applikators freigebenden, Positi on verschoben wird und in einem weiteren Verfahrensschritt die Mantelkanüle mit Hilfe des Mittels zur Arretierung von der zweiten, die Spitze des Applikators freigebenden, Position, zur ersten, die Spitze des Applikators vollständig einhausenden Position, ver schoben wird. Auf diese Weise kann der Applikator vorteilhaft geschützt und, bei einer Mantelkanüle mit Spitze, insbesondere in Form eines Kanülenschliffs, selbstschneidend direkt an der jeweiligen Behandlungsstelle platziert und die Spitze des Applikators erst zur thermischen Behandlung an der Behandlungsstelle freigegeben werden. Nach erfolg ter thermischer Behandlung kann die Mantelkanüle wieder in die erste, den Applikator vollständig einhausende, Position zurückgeschoben werden, wobei vorteilhaft an der Spitze beziehungsweise am Schaft des Applikators anhaftendes Gewebe durch das Ver schieben der Mantelkanüle gegenüber dem Applikator entfernt werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung, ermöglicht vorteilhaft eine gezielte, relativ schnelle Erwär mung eines zu behandelnden, kranken biologischen Gewebes, wobei gleichzeitig gesun des biologisches Gewebe vor einer unbeabsichtigten Wärmeeinwirkung geschützt ist. Durch die Möglichkeit einer Netztrennung und die Erfüllung aller Anforderungen an die EMV-Sicherheit ist sie insbesondere auch für den medizinischen Ambulanzeinsatz geeig net. Der relativ einfache, von seiner Baugröße weitgehend unabhängige, innere Aufbau des Applikators ermöglicht darüber hinaus vorteilhaft eine einfache bauliche Verände rung, insbesondere eine weitere Verkleinerung des Applikators. Finally, it has been found that, in one process step, a jacket cannula is moved with the aid of a means for locking from a first position that completely houses the tip of the applicator to a second position that releases the tip of the applicator, and in a further process step the jacket cannula is moved with the aid of the locking means from the second position, releasing the tip of the applicator, to the first position, completely enclosing the tip of the applicator, is shifted ver. In this way, the applicator can be advantageously protected and, in the case of a cannula with a tip, in particular in the form of a cannula cut, placed self-tapping directly at the respective treatment site, and the tip of the applicator can only be released for thermal treatment at the treatment site. After the thermal treatment has been carried out, the jacket cannula can be pushed back into the first position that completely encloses the applicator, wherein tissue adhering to the tip or shaft of the applicator can advantageously be removed by pushing the jacket cannula relative to the applicator. The device according to the invention, or the method according to the invention for operating such a device, advantageously enables targeted, relatively rapid heating of a diseased biological tissue to be treated, while at the same time protecting the biological tissue from unintentional exposure to heat. Due to the possibility of a network separation and the fulfillment of all requirements for EMC security, it is particularly suitable for medical ambulance use. The relatively simple internal structure of the applicator, which is largely independent of its size, also advantageously enables simple structural changes, in particular a further downsizing of the applicator.
Zusätzliche Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele, auf welche die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, und in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Darin zeigen schematisch: Additional details and further advantages of the invention are described below on the basis of preferred exemplary embodiments, to which the present invention is not restricted, however, and in conjunction with the attached drawing. It shows schematically:
Fig. 1 eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen Be handlung von biologischem Gewebe; Fig. 2 eine Ausgestaltung eines Applikators in einer Außenansicht; 1 shows an embodiment of a device according to the invention for the thermal treatment of biological tissue; 2 shows an embodiment of an applicator in an external view;
Fig. 3 den Applikator aus Fig. 2 ohne Verbindungsstück, wobei ein Teilbereich als Schnitt entlang der Längsachse des Applikators dargestellt ist; Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Applikator mit schematisch eingezeichneten Laserstrahlen; 3 shows the applicator from FIG. 2 without a connecting piece, a partial region being shown as a section along the longitudinal axis of the applicator; 4 shows a longitudinal section through an applicator with schematically drawn laser beams;
Fig. 5 den Applikator aus den Fig. 2 bis 4 in einer vergrößerten Außenansicht während der thermischen Behandlung von biologischem Gewebe; 5 shows the applicator from FIGS. 2 to 4 in an enlarged external view during the thermal treatment of biological tissue;
Fig. 6 eine Thermoaufhahme eines Applikators mit eingezeichnetem Maßstab; 6 shows a thermal recording of an applicator with a scale drawn in;
Fig. 7 eine weitere Thermoaufhahme eines größeren Bereichs eines Applikators wäh rend des Betriebs; Fig. 8a eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit einer Mantelkanüle zur Einhau sung des Applikators und einem Mittel zur Arretierung der Mantelkanüle, bei der sich die Mantelkanüle in einer ersten, den Applikator vollständig ein hausenden Position befindet; 7 shows a further thermal recording of a larger area of an applicator during operation; Figure 8a shows a further embodiment of the invention with a jacket cannula for Einhau solution of the applicator and a means for locking the jacket cannula, in which the jacket cannula is in a first, the applicator completely residing position.
Fig. 8b die Ausgestaltung aus Fig. 8a, bei der sich die Mantelkanüle in einer zweiten, die Spitze des Applikators freigebenden Position befindet; Fig 9a eine Perspektivansicht eines Ultraschall- und Template-Systems für eine trans perineale Prostatabiopsie des Stands der Technik; und 8b shows the embodiment from FIG. 8a, in which the jacket cannula is in a second position which releases the tip of the applicator; 9a is a perspective view of an ultrasound and template system for a trans perineal prostate biopsy of the prior art; and
Fig. 9b das Ultraschall- und Template-System aus Fig. 8a bei der Benutzung während einer Prostatabiopsie. FIG. 9b shows the ultrasound and template system from FIG. 8a when used during a prostate biopsy.
Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. In the following description of preferred embodiments of the present invention, identical reference symbols designate identical or comparable components.
Fig. 1 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe 5. Sie umfasst wenigstens einen Lasergenerator 3 zur Erzeugung von Laserstrahlen L, einen mit dem Lasergenerator 3 verbundenen Licht wellenleiter 31, einen mit dem Lichtwellenleiter 31 verbundenen Kollimator 32, einen Applikator 2 zur Erwärmung von biologischem Gewebe 5, und eine Steuereinrichtung 4. Die Vorrichtung 1 kann auch, insbesondere zur weiteren Datenverarbeitung, mit einem externen Rechner 6 verbunden sein und umfasst vorzugsweise, zur manuellen Steuerung des Beginns und/oder des Endes der Erzeugung der Laserstrahlen L durch den Lasergene rator 3, ein manuelles Steuerungsmittel, bevorzugt einen Fußschalter 11. Zur automati sierten Steuerung des Beginns und/oder des Endes der Erzeugung der Laserstrahlen L durch den Lasergenerator 3 kann alternativ oder kumulativ zudem vorteilhaft ein Timer 42 vorgesehen sein. 1 shows an embodiment of a device 1 according to the invention for the thermal treatment of biological tissue 5. It comprises at least one laser generator 3 for generating laser beams L, a light waveguide 31 connected to the laser generator 3, a collimator 32 connected to the light waveguide 31, one Applicator 2 for heating biological tissue 5, and a control device 4. The device 1 can also be connected, in particular for further data processing, to an external computer 6 and preferably comprises for manual control of the start and / or end of the generation of the laser beams L by the laser generator 3, a manual control means, preferably a foot switch 11. For automated control of the start and / or end of the generation of the laser beams L by the laser generator 3, a timer 42 can alternatively or cumulatively also be advantageously provided.
Die Vorrichtung 1 ist erfindungsgemäß derart eingerichtet, dass die Erwärmung einer Spitze 21 des Applikators 2 ausschließlich mit Hilfe von, mittels des Lasergenerators 3 erzeugten, Laserstrahlen L erfolgt. In Fig. 2 ist eine Ausgestaltung eines Applikators 2 in einer Außenansicht gezeigt. Der Applikator 2 umfasst vorzugsweise einen linearen, hohlen Schaft 22 von insbesondere 300, 400 oder bis zu 500 mm Länge, dessen eines Ende mit dem Kollimator 32, insbe sondere über ein Verbindungsstück 23, verbindbar ist und an dessen anderem Ende die Spitze 21 angeordnet oder ausgebildet ist (vgl. dazu auch Fig. 3 und 4). Die Spitze 21 ist dabei bevorzugt massiv ausgebildet und weist eine Länge von 1,5 bis 3,5 mm, bevorzugt 2,5 mm, auf. Darüber hinaus besteht der Applikator 2 vorzugsweise wenigstens teilweise, insbesondere an seiner Spitze 21, aus einem thermisch leitenden Material, insbesondere aus medizinischem Edelstahl. Der Applikator 2 kann zudem einteilig aufgebaut sein, so- dass der hohle Schaft 22 und die Spitze 21 aus einem Teil gefertigt sind, er kann aber auch mehrteilig aufgebaut sein, sodass insbesondere die Spitze 21 und der hohle Schaft 22 zwei verschiedene Bauteile darstellen, welche unmittelbar oder mittelbar, beispiels weise über ein thermisches Isolationsmittel 24 (vgl. Fig. 5), miteinander verbunden sind. The device 1 is set up according to the invention in such a way that the tip 21 of the applicator 2 is heated exclusively with the aid of laser beams L generated by the laser generator 3. An embodiment of an applicator 2 is shown in an external view in FIG. 2. The applicator 2 preferably comprises a linear, hollow shaft 22 of in particular 300, 400 or up to 500 mm in length, one end of which can be connected to the collimator 32, in particular via a connecting piece 23, and the tip 21 is arranged at the other end or is formed (see also FIGS. 3 and 4). The tip 21 is preferably solid and has a length of 1.5 to 3.5 mm, preferably 2.5 mm. In addition, the applicator 2 preferably consists at least partially, in particular at its tip 21, of a thermally conductive material, in particular of medical grade stainless steel. The applicator 2 can also be constructed in one part, so that the hollow shaft 22 and the tip 21 are made from one part, but it can also be constructed in several parts, so that in particular the tip 21 and the hollow shaft 22 represent two different components which directly or indirectly, for example via a thermal insulation means 24 (see FIG. 5), are connected to one another.
Der Lasergenerator 3 (vgl. Fig. 1), welcher vorzugsweise als ein Faserlaser ausgebildet sein kann, erzeugt bevorzugt Laserstrahlen L einer Wellenlänge, welche auf die Absorp tionseigenschaften des Materials der Spitze 21, insbesondere auf das Absorptionsmaxi mum des Materials der Spitze 21, abgestimmt ist. Besonders bewährt hat es sich dabei, wenn der Lasergenerator 3 Laserstrahlen L in einem Wellenlängenbereich von 800 bis 1600 nm, insbesondere in einem Bereich von 1030 bis 1540 nm, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 1064 nm, dem Absorptionsmaximum von medizinischem Edel stahl, erzeugt. The laser generator 3 (cf. FIG. 1), which can preferably be designed as a fiber laser, preferably generates laser beams L of a wavelength which are matched to the absorption properties of the material of the tip 21, in particular to the absorption maximum of the material of the tip 21 is. It has proven particularly useful if the laser generator generates 3 laser beams L in a wavelength range from 800 to 1600 nm, in particular in a range from 1030 to 1540 nm, particularly preferably with a wavelength of 1064 nm, the absorption maximum of medical grade stainless steel.
Die Vorrichtung 1 kann vorzugsweise auch wenigstens ein Mittel zur Erzeugung eines visuellen und/oder akustischen Signals umfassen. In Fig. 1 ist eine Ausgestaltung sowohl mit einem Mittel zur Erzeugung eines visuellen Signals, hier einer Lampe 32, bevorzugt eine LED-Lampe, als auch mit einem Mittel zur Erzeugung eines akustischen Signals, wie beispielsweise einen Lautsprecher oder - wie hier - einen Summer 44 gezeigt. The device 1 can preferably also comprise at least one means for generating a visual and / or acoustic signal. 1 shows an embodiment both with a means for generating a visual signal, here a lamp 32, preferably an LED lamp, and with a means for generating an acoustic signal, such as a loudspeaker or - as here - a buzzer 44 shown.
Fig. 3 zeigt den Applikator aus Fig. 2 ohne Verbindungsstück 23, wobei ein Teilbereich als Schnitt entlang der Längsachse des Applikators 2 dargestellt ist. Der Außendurchmes ser AD des Applikators 2 kann in einem Bereich von 2 bis 3 mm, insbesondere in einem Bereich von 2,46 bis 2, 54 mm, bevorzugt bei einem Wert von 2,50 mm liegen. Der In- nendurchmesser ID des Applikators 2, insbesondere des hohlen Schafts 22, kann in einem Bereich von 0,8 bis 1,2 mm insbesondere in einem Bereich von 0,95 bis 1,05 mm, bevor zugt bei einem Wert von 1,00 mm liegen. Die Spitze 21 kann kegelförmig ausgebildet sein, bevorzugt in Form eines geraden Kreiskegels, wobei der halbe Öffnungswinkel W in einem Bereich zwischen 15 und 30°, insbesondere zwischen 20 und 25°, bevorzugt bei 22,5° liegen kann. FIG. 3 shows the applicator from FIG. 2 without connecting piece 23, a partial area being shown as a section along the longitudinal axis of the applicator 2. The outer diameter AD of the applicator 2 can be in a range from 2 to 3 mm, in particular in a range from 2.46 to 2.54 mm, preferably at a value of 2.50 mm. The domestic The nominal diameter ID of the applicator 2, in particular of the hollow shaft 22, can be in a range from 0.8 to 1.2 mm, in particular in a range from 0.95 to 1.05 mm, before being at a value of 1.00 mm , The tip 21 can be conical, preferably in the form of a straight circular cone, wherein the half opening angle W can be in a range between 15 and 30 °, in particular between 20 and 25 °, preferably 22.5 °.
Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Applikator 2 mit schematisch eingezeichneten Laserstrahlen L. Wie zu sehen ist, breiten sich die durch den Lasergenerator 3 erzeugten Laserstrahlen L weitgehend geradlinig und parallel zueinander innerhalb des Applikators 2, insbesondere innerhalb des hohlen Schafts 22, aus und treffen schließlich auf die Spitze 21. Dies kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, dass der Kollimator 32 eingerichtet ist, die Laserstrahlen L derart zu fokussieren, dass sie die Spitze 21 des Applikators 2 in einem Bereich von kleiner 1,0 mm des Innendurchmessers ID des Applikators 2, bevor zugt in einem Bereich von kleiner 0,8 mm des Innendurchmessers ID des Applikators 2, treffen. Die von dem Lasergenerator 3 erzeugten Laserstrahlen L werden dazu zunächst mit Hilfe eines Lichtwellenleiters 31 zum Kollimator 32 geleitet (vgl. Fig. 1), welcher die Laserstrahlen L so fokussiert, dass sie sich innerhalb des Applikators 2, vorzugsweise über eine Wegstrecke von bis zu 500 mm, weitgehend geradlinig und parallel zueinander ausbreiten. Am dem Kollimator 32 gegenüberliegenden Ende des Applikators 2 treffen die Laserstrahlen L dann auf die Innenwand der Spitze 21 des Applikators 2, wobei die Spitze 21 des Applikators 2 durch das Auftreffen der Laserstrahlen L und eine Absorption der Laserenergie erwärmt wird. Fig. 4 shows a longitudinal section through an applicator 2 with schematically drawn laser beams L. As can be seen, the laser beams L generated by the laser generator 3 largely linear and parallel to each other within the applicator 2, in particular within the hollow shaft 22, and finally meet the tip 21. This can preferably be achieved in that the collimator 32 is set up to focus the laser beams L such that they tip the tip 21 of the applicator 2 in a range of less than 1.0 mm of the inner diameter ID of the applicator 2, before in a range of less than 0.8 mm of the inner diameter ID of the applicator 2. For this purpose, the laser beams L generated by the laser generator 3 are first guided to the collimator 32 with the aid of an optical waveguide 31 (cf. FIG. 1), which focuses the laser beams L such that they are within the applicator 2, preferably over a distance of up to Spread 500 mm, largely straight and parallel to each other. At the end of the applicator 2 opposite the collimator 32, the laser beams L then strike the inner wall of the tip 21 of the applicator 2, the tip 21 of the applicator 2 being heated by the impact of the laser beams L and absorption of the laser energy.
In Fig. 5 ist der Applikator 2 aus den Fig. 2 bis 4 in einer vergrößerten Außenansicht während der thermischen Behandlung von biologischem Gewebe 5 gezeigt. Es ist darge stellt, wie der Applikator 2 bevorzugt durch einen relativ kleinen Schnitt 53 in das biolo gische Gewebe 5 eingebracht und mit seiner Spitze 21 im Bereich von zu behandelndem, kranken Gewebe 53, insbesondere im Bereich von Tumorgewebe, positioniert werden kann. Durch eine erfindungsgemäße Erwärmung der Spitze 21 des Applikators 2 auf Temperaturen von 40 bis 200 °C, bevorzugt von bis zu 100 °C, kann das kranke Gewebe 53 dann entsprechend der vom Arzt angestrebten Therapieform (Hyperthermie im enge ren oder weiteren Sinn, vgl. Beschreibungseinleitung) thermisch behandelt werden. Der hohle Schaft 22 bleibt dabei vorteilhaft, unabhängig von seiner Länge, nahezu bei Umge- bungstemperatur, was eine Beschädigung des umliegenden gesunden Gewebes 51 ver hindert. Ein spezielles Isolationsmittel für den hohlen Schaft 22 des Applikators 2 ist vorteilhaft nicht nötig. Darüber hinaus können die Laserstrahlen L vorteilhaft kontinuier lich und/oder in Form von Pulsen erzeugt werden, wobei die Erzeugung der Laserstrahlen L, insbesondere der Beginn und/oder das Ende der Erzeugung, durch den Lasergenerator 3 visuell und/oder akustisch angezeigt werden kann. Die Vorrichtung 1 bildet dabei erfin- dungsgemäß bevorzugt bezüglich der, mittels des Lasergenerators 3 erzeugten, Laser strahlen L ein geschlossenes System, das heißt, dass die Laserstrahlen L die Vorrichtung, insbesondere den Applikator 2, nicht verlassen und somit keine Laserschutzmaßnahmen, sowohl für den Benutzer, für den Patienten als auch für umstehende dritte getroffen wer den müssen. Die Behandlungswirkung beruht vorteilhaft allein auf der Wärmewirkung der durch die Laserstrahlen L erwärmten Spitze 21 auf das zu behandelnde biologische Gewebe 5, insbesondere auf krankes Gewebe 52, darunter speziell Tumorgewebe. FIG. 5 shows the applicator 2 from FIGS. 2 to 4 in an enlarged external view during the thermal treatment of biological tissue 5. It is shown how the applicator 2 is preferably introduced through a relatively small incision 53 into the biological tissue 5 and can be positioned with its tip 21 in the region of the diseased tissue 53 to be treated, in particular in the region of tumor tissue. By heating the tip 21 of the applicator 2 according to the invention to temperatures of 40 to 200 ° C., preferably up to 100 ° C., the diseased tissue 53 can then be used in accordance with the type of therapy desired by the doctor (hyperthermia in the narrower or broader sense, cf. Introduction to the description) are treated thermally. The hollow shaft 22 remains advantageous, regardless of its length, almost when the exercise temperature, which prevents damage to the surrounding healthy tissue 51 ver. A special insulation agent for the hollow shaft 22 of the applicator 2 is advantageously not necessary. In addition, the laser beams L can advantageously be generated continuously and / or in the form of pulses, wherein the generation of the laser beams L, in particular the beginning and / or the end of the generation, can be indicated visually and / or acoustically by the laser generator 3. In accordance with the invention, the device 1 preferably forms a closed system with respect to the lasers L generated by the laser generator 3, that is to say that the laser beams L do not leave the device, in particular the applicator 2, and thus do not provide any laser protection measures, either for the Users who need to be met for the patient as well as for third parties around. The treatment effect is advantageously based solely on the thermal effect of the tip 21 heated by the laser beams L on the biological tissue 5 to be treated, in particular on diseased tissue 52, including in particular tumor tissue.
Generell lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 der thermisch behandelte Bereich u.a. über das Verhältnis zwischen eingebrachter Laserleistung und Pulsdauer vorteilhaft steuern. So führt eine thermische Behandlung mit einer vergleichsweise gerin gen Laserleistung, aber vergleichsweise langer Pulsdauer (= längere Wärmeeinwirkung) zu einem relativ großen thermisch behandelten Bereich („großer Spot“), wohingegen eine thermische Behandlung mit einer vergleichsweise hohen Laserleistung, aber dafür mit einer vergleichsweise kurzen Pulsdauer (= kürzere Wärmeeinwirkung) zu einem relativ kleinen thermisch behandelten Bereich führt („kleiner Spot“). In general, the device 1 according to the invention can be used to treat the thermally treated area, among others. control advantageously via the relationship between the laser power introduced and the pulse duration. A thermal treatment with a comparatively low laser power but a comparatively long pulse duration (= longer exposure to heat) leads to a relatively large thermally treated area ("large spot"), whereas a thermal treatment with a comparatively high laser power leads to a comparatively high level short pulse duration (= shorter exposure to heat) leads to a relatively small thermally treated area ("small spot").
Erfmdungsgemäß bevorzugt umfasst die Vorrichtung 1 drei Sicherheitskreise, um eine unbeabsichtigte Schädigung insbesondere der behandelten Person zu vermeiden. Zu nächst wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere deren Steuereinheit 4 bzw. deren Rechner 6, vorzugsweise mit Hilfe einer Steuersoftware mit passwortgeschützten Eingabeparametem betrieben, deren Maximalleistung werksseitig begrenzt ist. Darüber hinaus kann, insbesondere über den Timer 42, eine maximale Pulsdauer festgelegt sein, welche nicht durch Benutzereingaben und/oder manuelle Betätigung beispielsweise des Fußschalters 11 überschritten werden kann. Drittens kann die erfindungsgemäße Vorrich tung 1 vorteilhaft einen Leistungsregler mit vorgegebenen Maximalwerten zur Beschrän kung der maximalen Leistung des Lasergenerators 3 umfassen. Die Lasertaktung, also insbesondere der Beginn und/oder das Ende der Erzeugung der Laserstrahlen L durch den Lasergenerator 3, wird vorzugsweise visuell durch Aufleuchten bzw. Erlöschen einer Lampe 43 und/oder akustisch durch Ertönen bzw. Verstummen eines, mittels eines Laut sprechers und/oder eines Summers 44 erzeugten, Signaltons angezeigt werden. According to the invention, the device 1 preferably comprises three safety circuits in order to avoid inadvertent damage, in particular to the person being treated. Next, a device according to the invention, in particular its control unit 4 or its computer 6, is preferably operated with the aid of control software with password-protected input parameters, the maximum output of which is limited in the factory. In addition, a maximum pulse duration can be defined, in particular via the timer 42, which cannot be exceeded by user inputs and / or manual actuation of the foot switch 11, for example. Thirdly, the device 1 according to the invention can advantageously comprise a power controller with predetermined maximum values for limiting the maximum power of the laser generator 3. The laser clocking, in particular the beginning and / or the end of the generation of the laser beams L by the Laser generator 3, is preferably indicated visually by lighting or extinguishing a lamp 43 and / or acoustically by sounding or silencing a signal tone generated by means of a loudspeaker and / or a buzzer 44.
Die Fig. 6 und 7 illustrieren anhand von Thermoaufnahmen die Temperaturverteilung innerhalb des Applikators 2 während des Betriebs. 6 and 7 illustrate the temperature distribution within the applicator 2 during operation using thermal images.
In Fig. 6 ist eine Thermoaufhahme eines Applikators 2 mit eingezeichnetem Maßstab gezeigt, wobei warme Bereiche hellumrandet dargestellt sind. Wie zu erkennen ist weist der erwärmte Bereich der Spitze 21 eine Länge von ungefähr 2,5 bis 3 mm auf. Der Rest des Applikators 2, vor allem dessen hohler Schaft 22 bleibt dagegen vergleichsweise kühl bzw. weist Umgebungstemperatur auf (hier dunkel dargestellt. 6 shows a thermal image of an applicator 2 with a scale drawn in, warm areas being shown with a light border. As can be seen, the heated area of the tip 21 has a length of approximately 2.5 to 3 mm. The rest of the applicator 2, especially its hollow shaft 22, on the other hand, remains comparatively cool or has an ambient temperature (shown dark here.
Fig. 7 zeigt eine weitere Thermoaufhahme eines größeren Bereichs eines Applikators 2 während des Betriebs. In dieser Aufnahme ist die Temperaturverteilung zwischen Spitze 21 und hohlem Schaft 22 noch deutlicher zu erkennen. Während die vorzugsweise massiv aufgebaute Spitze 21 homogen hell erscheint, also nahezu homogen erwärmt ist, erscheint der gesamte hohle Schaft 22 dunkel, verbleibt also vorteilhaft, auch bei mehreren Be handlungszyklen hintereinander, bei Umgebungstemperatur. Eine thermische Isolation des hohlen Schaftes 22 entlang seiner Längserstreckung ist somit vorteilhaft nicht not wendig, selbst dann nicht, wenn der Applikator 2, insbesondere dessen Spitze 21 und dessen hohler Schaft 22, aus einem Teil aufgebaut ist. Soll die thermische Isolation zwi schen hohlem Schaft 22 und Spitze 21 dennoch verstärkt werden, kann der Applikator 2 auch mehrteilig, vorzugsweise dreiteilig, ausgeführt werden, wobei der hohle Schaft 22 und die Spitze 21 aus verschiedenem Material, insbesondere mit einer unterschiedlichen thermischen Leitfähigkeit, gefertigt sein können und/oder zwischen dem hohlen Schaft 22 und der Spitze 21 ein Isolationsmittel 24 zur weiteren thermischen Isolation angeordnet sein kann (vgl. dazu Fig. 4). 7 shows a further thermal recording of a larger area of an applicator 2 during operation. The temperature distribution between tip 21 and hollow shaft 22 can be seen more clearly in this recording. While the preferably solidly constructed tip 21 appears homogeneously bright, that is to say is almost homogeneously heated, the entire hollow shaft 22 appears dark, so it advantageously remains at ambient temperature, even with several treatment cycles in succession. Thermal insulation of the hollow shaft 22 along its longitudinal extent is therefore advantageously not necessary, even if the applicator 2, in particular its tip 21 and its hollow shaft 22, is constructed from one part. If the thermal insulation between the hollow shaft 22 and tip 21 is nevertheless to be reinforced, the applicator 2 can also be made in several parts, preferably in three parts, the hollow shaft 22 and the tip 21 being made of different material, in particular with a different thermal conductivity can be and / or between the hollow shaft 22 and the tip 21, an insulation means 24 can be arranged for further thermal insulation (see FIG. 4).
Die Figuren 8a und 8b zeigen schließlich eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit einer Mantelkanüle 25 zur Einhausung des Applikators 2 und einem Mittel zur Arretie rung 28 der Mantelkanüle 25, bei der sich die Mantelkanüle 25 in einer ersten, den Appli kator 2 vollständig einhausenden Position (Fig. 8a) bzw. in einer zweiten, die Spitze 21 des Applikators 2 freigebenden Position (Fig. 8b) befindet. Die Mantelkanüle 25 kann, wie hier zu sehen, an einer zur Wirkverbindung mit dem Mit tel zur Arretierung 28 vorgesehenen Seite ein Befestigungsmittel 27, insbesondere ein Außengewinde, und an der gegenüberliegenden Seite eine Spitze 26, insbesondere in Form eines Kanülenschliffs, aufweisen. Der Außendurchmesser AD des Applikators 2 kann in dieser Ausgestaltung in einem Bereich von 1,90 bis 3,00 mm, insbesondere in einem Bereich von 1,95 bis 2,05 mm, bevorzugt bei einem Wert von 1,99 mm liegen. Der Innendurchmesser ID des Applikators 2, insbesondere des hohlen Schafts 22, kann in dieser Ausgestaltung in einem Bereich von 0,80 bis 1,70 mm, insbesondere in einem Be reich von 1,55 bis 1,65 mm, bevorzugt bei einem Wert von 1,60 mm liegen. Der Außen durchmesser der Mantelkanüle 25 kann in einem Bereich von 2,70 bis 3,90 mm, insbe sondere in einem Bereich von 2,75 bis 2,85 mm, bevorzugt bei einem Wert von 2,80 mm und der Innendurchmesser der Mantelkanüle 25 in einem Bereich von 2,00 bis 3,20 mm, insbesondere in einem Bereich von 2,15 bis 2,25 mm, bevorzugt bei einem Wert von 2,20 mm liegen. FIGS. 8a and 8b finally show a further embodiment of the invention with a jacket cannula 25 for housing the applicator 2 and a means for locking 28 the jacket cannula 25, in which the jacket cannula 25 is in a first position that completely houses the applicator 2 ( Fig. 8a) or in a second, the tip 21 of the applicator 2 releasing position (Fig. 8b). The jacket cannula 25, as can be seen here, has a fastening means 27, in particular an external thread, on a side provided for operative connection with the central locking means 28, and a tip 26, in particular in the form of a cannula cut, on the opposite side. In this embodiment, the outer diameter AD of the applicator 2 can be in a range from 1.90 to 3.00 mm, in particular in a range from 1.95 to 2.05 mm, preferably at a value of 1.99 mm. The inner diameter ID of the applicator 2, in particular of the hollow shaft 22, can range in this configuration from 0.80 to 1.70 mm, in particular in a range from 1.55 to 1.65 mm, preferably at a value of 1.60 mm. The outer diameter of the cannula 25 can be in a range from 2.70 to 3.90 mm, in particular in a range from 2.75 to 2.85 mm, preferably at a value of 2.80 mm, and the inner diameter of the cannula 25 in a range from 2.00 to 3.20 mm, in particular in a range from 2.15 to 2.25 mm, preferably at a value of 2.20 mm.
Die Vorrichtung 1 kann ferner einen, vorzugsweise 120 mm langen, Handgriff 13 umfas sen, welcher den Kollimator 32 und das Mittel zur Arretierung 28 einhaust, und an dem ein Schalter 29 angeordnet ist, welcher mit dem Mittel zur Arretierung 28 wirkverbunden ist. In den Fig. 8a und 8b ist exemplarisch ein Teilschnitt durch einen solchen Handgriff 13 gezeigt. Der Kollimator 32 ist weiterhin über einen Lichtwellenleiter 31 mit dem La sergenerator und somit mit dem Rest der Vorrichtung 1 verbunden. Vor einer Benutzung kann der Applikator 2, insbesondere über ein Verbindungsstück 23, welches vorzugswei se ein Außengewinde umfasst, mit dem Kollimator 32 verbunden werden. Dazu kann der Applikator 2 beispielsweise am Handgriff 13 und/oder am Kollimator 32 mittels des Au ßengewindes eingeschraubt werden. Anschließend kann die Mantelkanüle 25 über den Applikator 2 geschoben und mittels eines Befestigungsmittels 27, insbesondere eines Außengewindes, ebenfalls am Handgriff 13 befestigt, vorzugsweise eingeschraubt, wer den. Vorzugsweise umfasst der Handgriff 13 dabei ein Mittel zur Arretierung 28 der Mantelkanüle 25, welches eingerichtet ist, die Mantelkanüle 25 gegenüber dem Applika tor 2 von einer ersten Position, in der die Mantelkanüle 25 den Applikator 2 vollständig einhaust (zu sehen in Fig. 8a), zu einer zweiten Position, in der die Mantelkanüle 25 die Spitze 21 des Applikators 2 freigibt (Fig. 8b), zu verschieben. Dazu kann die Arretierung 28 vorzugsweise leicht eingedrückt und mit dem Daumen eines Nutzers (nicht dargestellt) verschoben werden. Während des Eindringens in biologisches Gewebe 5 kann der Appli kator 2 dadurch vorteilhaft innerhalb der Mantelkanüle 25 geschützt bleiben, bis die Be handlungsstelle erreicht ist. Mit Hilfe des am Handgriff 13 angeordneten, mit dem Mittel zur Arretierung 28 wirkverbundenen Schalters 29, kann der Benutzer sodann die Mantel kanüle 25 in die zweite Position, in der die Mantelkanüle 25 die Spitze 21 des Applika tors 2 freigibt, verschieben und die Behandlung beginnen. Nach der Behandlung kann die Mantelkanüle 25 mit Hilfe des Mittels zur Arretierung 28 wieder in ihre erste, den Appli kator 2 vollständig einhausende Position gebracht werden, wobei vorteilhaft gleichzeitig etwaiges am Applikator 2 verbleibendes Gewebe 5 von diesem abgestreift werden und die Mantelkanüle 25 zusammen mit dem Applikator 2 ohne Widerstand, insbesondere über ein Template bzw. eine Rasterschablone, aus dem Behandlungsfeld herausgezogen werden kann. The device 1 can further comprise a, preferably 120 mm long, handle 13 which houses the collimator 32 and the means for locking 28, and on which a switch 29 is arranged which is operatively connected to the means for locking 28. A partial section through such a handle 13 is shown as an example in FIGS. 8a and 8b. The collimator 32 is also connected via an optical waveguide 31 to the laser generator and thus to the rest of the device 1. Before use, the applicator 2 can be connected to the collimator 32, in particular via a connecting piece 23, which preferably comprises an external thread. For this purpose, the applicator 2 can, for example, be screwed onto the handle 13 and / or on the collimator 32 by means of the external thread. The jacket cannula 25 can then be pushed over the applicator 2 and also fastened, preferably screwed in, to the handle 13 by means of a fastening means 27, in particular an external thread, for who. The handle 13 preferably comprises a means for locking 28 the jacket cannula 25, which is set up to position the jacket cannula 25 with respect to the applicator 2 from a first position in which the jacket cannula 25 completely houses the applicator 2 (see in FIG. 8a). , to a second position, in which the cannula 25 releases the tip 21 of the applicator 2 (FIG. 8b). For this purpose, the lock 28 can preferably be pressed in slightly and with the thumb of a user (not shown). be moved. During the penetration into biological tissue 5, the applicator 2 can thereby advantageously remain protected within the cannula 25 until the treatment site is reached. With the help of the arranged on the handle 13, with the means for locking 28 operatively connected switch 29, the user can then move the jacket cannula 25 into the second position, in which the jacket cannula 25 releases the tip 21 of the applicator 2, and start the treatment , After the treatment, the sheath cannula 25 can be brought back into its first position, the applicator 2, completely in the position with the aid of the locking means 28, advantageously any tissue 5 remaining on the applicator 2 being stripped from this and the sheath cannula 25 together with the Applicator 2 can be pulled out of the treatment field without resistance, in particular via a template or a grid template.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 können vorteilhaft Tumore und Gewebe- anomalien beispielsweise in den Nieren, der Leber, der Prostata, dem Magen, der Milz, in festen Gewebebereichen der Haut, und allgemein in allen Weichgeweben, insbesondere ambulant, thermisch behandelt werden. Die genaue Positionierung des kranken Gewebes 52, insbesondere von Tumorzellen, der Krebszellen kann vorzugsweise über eine 3D - Bildgebung (Krankenhaus spezifisch), sowie über eine mm-Schablone erfolgen. Solche mm-Schablonen („Template“) können beispielsweise aus mehreren Plattenebenen beste hen, um eine stabile Führung des Applikators 2 in das Gewebe 5 gewährleisten zu kön nen. With the aid of the device 1 according to the invention, tumors and tissue anomalies, for example in the kidneys, liver, prostate, stomach, spleen, in firm tissue areas of the skin, and in general in all soft tissues, in particular outpatient, can be treated thermally. The exact positioning of the diseased tissue 52, in particular of tumor cells, of the cancer cells can preferably be carried out using 3D imaging (hospital-specific) and using a mm template. Such mm stencils (“templates”) can consist, for example, of several plate levels in order to ensure stable guidance of the applicator 2 into the tissue 5.
Ein derartiges Vorgehen entspricht dem aus dem beispielshaft durch die US 2011/0009748 Al repräsentierten Stand der Technik bekannten Verfahren der sog. Temp late-Biopsie. Zur Verdeutlichung zeigen die Fig. 9a und 9b eine Perspektivansicht eines Ultraschall- und Template-Systems für eine transperineale Prostatabiopsie des Stands der Technik (Fig. 9a) bzw. ein derartiges Ultraschall- und Template-System bei der Benut zung während einer Prostatabiopsie (Fig. 9b). Such a procedure corresponds to the method known from the prior art, which is exemplified by US 2011/0009748 A1, of the so-called temp late biopsy. 9a and 9b show a perspective view of an ultrasound and template system for a transperineal prostate biopsy of the prior art (FIG. 9a) or such an ultrasound and template system for use during a prostate biopsy (FIG 9b).
Fig. 9a zeigt eine Schablone („Template“), wie sie auch bei einer thermischen Behand lung von biologischem Gewebe 5 mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 der vor liegenden Erfindung Verwendung finden kann. Das Template 115 (= mm-Schablone, Rasterschablone), welches beispielsweise als eine Platte 110 gefertigt sein kann, ist dabei auf einem Verbindungsarm 126 angeordnet. Die Öffnungen 120 weisen einen Durchmes ser auf, welcher etwas größer als der Durchmesser der verwendeten Biopsie-Nadel 100, oder, im Fall der vorliegenden Erfindung, etwas größer als der Außendurchmesser AD des Applikators 2 ist, damit der Applikator 2 möglichst reibungsarm aber dennoch kon trolliert durch die Öffnungen 120 geführt werden kann. Die Bildgebung erfolgt im diesem Beispiel des Stands der Technik mit einer Ultraschall-Sonde 130, welche insbesondere mit dem Verbindungsarm 126 über ein Gehäuse-Element 128 verbunden sein kann. Fig. 9a shows a template ("Template"), as it can also be used in a thermal treatment of biological tissue 5 by means of the device 1 of the present invention. The template 115 (= mm template, raster template), which can be produced, for example, as a plate 110, is included arranged on a connecting arm 126. The openings 120 have a diameter which is somewhat larger than the diameter of the biopsy needle 100 used, or, in the case of the present invention, somewhat larger than the outer diameter AD of the applicator 2, so that the applicator 2 is as low-friction as possible but nevertheless trolled through the openings 120 can be performed. In this example of the prior art, the imaging takes place with an ultrasound probe 130, which in particular can be connected to the connecting arm 126 via a housing element 128.
In Fig. 9b ist schließlich zu sehen, wie eine solches Ultraschall- und Template-System bei einer Prostatabiopsie verwendet werden kann. Das Ultraschall- und Template-System des Stands der Technik wird so an den zu behandelnden Patienten herangeführt das die Ultra schall-Sonde 130 in das Rektum 503 des Patienten eingeführt werden kann. Das über den Verbindungsarm 126 und das Gehäuse-Element 128 mit der Ultraschall-Sonde 130 ver bundene Template 115 dient nun als Schablone zur Führung der Biopsie-Nadel 100 bzw., im Fall der vorliegenden Erfindung, als Schablone zur Führung des Applikators 2 und somit zur Ermöglichung einer gezielten thermischen Behandlung allgemein kranken Ge webes 52, bzw. - wie hier gezeigt - insbesondere der Prostata 502 eines Patienten. Finally, FIG. 9b shows how such an ultrasound and template system can be used in a prostate biopsy. The ultrasound and template system of the prior art is brought to the patient to be treated so that the ultrasound probe 130 can be inserted into the rectum 503 of the patient. The template 115 connected via the connecting arm 126 and the housing element 128 to the ultrasound probe 130 now serves as a template for guiding the biopsy needle 100 or, in the case of the present invention, as a template for guiding the applicator 2 and thus to enable targeted thermal treatment of generally diseased tissue 52, or - as shown here - in particular the prostate 502 of a patient.
In Anlehnung an dieses Verfahren des Stands der Technik kann auch im Fall der vorlie genden Erfindung eine genaue Positionierung (Positionsbestimmung) des zu behandeln den Gewebes 52 erfolgen. Die 3D-Bildgebung kann mittels einer Ultraschall-Sonde, wie hier beispielhaft gezeigt - erfolgen, es können aber auch andere bildgebende Verfahren der Medizintechnik angewendet werden. Based on this method of the prior art, an exact positioning (position determination) of the tissue 52 to be treated can also take place in the case of the present invention. 3D imaging can be carried out using an ultrasound probe, as shown here by way of example, but other imaging processes in medical technology can also be used.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung 1 zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe 5, wenigstens umfassend: einen Lasergenerator 3 zur Erzeugung von Laserstrahlen L, einen mit dem Lasergenerator 3 verbundenen Lichtwellenleiter 31, einen mit dem Lichtwellenleiter 31 verbundenen Kollimator 32, einen Applikator 2 zur Erwärmung von biologischem Gewebe 5, und eine Steuereinrichtung 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vorrichtung 1 derart eingerichtet ist, dass die Erwärmung einer Spitze 21 des Applikators 2 ausschließlich mit Hilfe von, mittels des Lasergenerators 3 erzeug ten, Laserstrahlen L erfolgt, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung 1 Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ermöglicht vorteilhaft eine gezielte, relativ schnelle Erwärmung eines zu behandelnden, kranken biologischen Gewebes 52, insbesondere bei einem medizinischen Ambulanzeinsatz, wobei gleichzeitig gesundes biologisches Gewe be 51 vor einer unbeabsichtigten Wärmeeinwirkung geschützt ist. Der relativ einfache, von seiner Baugröße weitgehend unabhängige, Aufbau des Applikators 2 ermöglicht dar über hinaus vorteilhaft eine einfache bauliche Veränderung, insbesondere eine Verkleine rung. The present invention relates to a device 1 for the thermal treatment of biological tissue 5, at least comprising: a laser generator 3 for generating laser beams L, an optical waveguide 31 connected to the laser generator 3, a collimator 32 connected to the optical waveguide 31, an applicator 2 for heating of biological tissue 5, and a control device 4, characterized in that the device 1 is set up in such a way that the tip 21 of the applicator 2 is heated exclusively with the aid of laser beams L generated by the laser generator 3, and a method for operating such a device 1 The device 1 according to the invention advantageously enables targeted, relatively rapid heating of a diseased biological tissue 52 to be treated, in particular in the case of a medical ambulance, while at the same time healthy biological tissue 51 is protected against unintentional exposure to heat. The relatively simple structure of the applicator 2, which is largely independent of its size, also advantageously allows a simple structural change, in particular a reduction.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Vorrichtung 1 device
11 Fußschalter  11 foot switches
12 Taster  12 buttons
13 Handgriff  13 handle
2 Applikator 2 applicators
21 Spitze  21 top
22 Schaft  22 shaft
23 Verbindungsstück  23 connector
24 Isolationsmittel 24 insulation
25 Mantelkanüle  25 jacket cannula
26 Spitze der Mantelkanüle 25  26 tip of the jacket cannula 25
27 Befestigungsmittel der Mantelkanüle 25 27 Fixing means of the cannula 25
28 Mittel zur Arretierung 28 means for locking
29 Schalter des Mittels zur Arretierung 28 29 Locking device switch 28
3 Lasergenerator 3 laser generator
31 Lichtwellenleiter  31 optical fibers
32 Kollimator  32 collimator
4 Steuereinrichtung 4 control device
41 Netzteil  41 power supply
42 Timer  42 timers
43 Lampe  43 lamp
44 Summer 44 buzzer
5 biologisches Gewebe 5 biological tissue
51 gesundes Gewebe 52 krankes Gewebe, insbesondere Tumorgewebe51 healthy tissue 52 diseased tissue, especially tumor tissue
502 Prostata eines Patienten 502 prostate of a patient
503 Rektum eines Patienten  503 rectum of a patient
53 Schnitt  53 cut
6 Rechner 6 computers
100 Biopsie-Nadel 100 biopsy needle
110 Platte 110 plate
115 Template (Rasterschablone) 115 template
120 Öffnung  120 opening
126 Verbindungsarm 126 link arm
128 Gehäuse-Element 128 housing element
130 Ultraschall-Sonde 130 ultrasound probe
L Laserstrahl L laser beam
ID Innendurchmesser  ID inside diameter
AD Außendurchmesser  AD outer diameter
LS Länge der Spitze 21  LS length of tip 21
W halber Öffhungswinkel der Spitze 21 W half the opening angle of the tip 21

Claims

Patentansprüche claims
1 Vorrichtung (1) zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe (5), wenigstens umfassend: 1 device (1) for the thermal treatment of biological tissue (5), at least comprising:
einen Lasergenerator (3) zur Erzeugung von Laserstrahlen (L), einen mit dem Lasergenerator (3) verbundenen Lichtwellenleiter (31), einen mit dem Lichtwellenleiter (31) verbundenen Kollimator (32), einen Applikator (2) zur Erwärmung von biologischem Gewebe (5), und eine Steuereinrichtung (4),  a laser generator (3) for generating laser beams (L), an optical waveguide (31) connected to the laser generator (3), a collimator (32) connected to the optical waveguide (31), an applicator (2) for heating biological tissue ( 5), and a control device (4),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Vorrichtung (1) derart eingerichtet ist, dass die Erwärmung einer Spitze (21) des Applikators (2) ausschließlich mit Hilfe von, mittels des Lasergenerators (3) erzeugten, Laserstrahlen (L) erfolgt.  the device (1) is set up in such a way that the tip (21) of the applicator (2) is heated exclusively with the aid of laser beams (L) generated by the laser generator (3).
2 Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein bezüglich der, mittels des Lasergenerators (3) erzeugten, Laserstrahlen (L) geschlossenes System bildet. 2. Device (1) according to claim 1, characterized in that the device (1) forms a closed system with respect to the laser beams (L) generated by means of the laser generator (3).
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ap plikator (2) wenigstens teilweise, insbesondere an seiner Spitze (21), aus einem thermisch leitenden Material, insbesondere aus medizinischem Edelstahl, besteht. 3. Device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the ap plicator (2) at least partially, in particular at its tip (21), consists of a thermally conductive material, in particular of medical grade stainless steel.
4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator (2) einen linearen, hohlen Schaft (22) umfasst, dessen eines Ende mit dem Kollimator (32), insbesondere über ein Verbindungsstück (23), verbind bar ist und an dessen anderem Ende die Spitze (21) angeordnet oder ausgebildet ist. 4. Device (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the applicator (2) comprises a linear, hollow shaft (22), one end of which is connected to the collimator (32), in particular via a connecting piece (23) , Connect bar and at the other end the tip (21) is arranged or formed.
5. Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lasergenerator (3) Laserstrahlen (L) einer Wellenlänge erzeugt, welche auf die Absorptionseigenschaften des Materials der Spitze (21), insbesondere auf das Absorptionsmaximum des Materials der Spitze (21), abge stimmt ist. 5. The device (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the laser generator (3) generates laser beams (L) of a wavelength which depends on the absorption properties of the material of the tip (21), in particular on the absorption maximum of the material Tip (21) is tuned.
6. Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lasergenerator (3) Laserstrahlen (L) in einem Wellen- längenbereich von 800 bis 1600 nm, insbesondere in einem Bereich von 1030 bis6. Device (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the laser generator (3) laser beams (L) in a wavelength range from 800 to 1600 nm, in particular in a range from 1030 to
1540 nm, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 1064 nm erzeugt. 1540 nm, particularly preferably generated with a wavelength of 1064 nm.
7. Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lasergenerator (3) als ein Faserlaser ausgebildet ist. 7. The device (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the laser generator (3) is designed as a fiber laser.
8. Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator (32) eingerichtet ist, die Laserstrahlen (L) derart zu fokussieren, dass sie die Spitze (21) des Applikators (2) in einem Be reich von kleiner 1,0 mm des Innendurchmessers (ID) des Applikators (2), bevor- zugt in einem Bereich von kleiner 0,8 mm des Innendurchmessers (ID) des Ap plikators (2), treffen. 8. The device (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the collimator (32) is set up to focus the laser beams (L) in such a way that they tip (21) the applicator (2) in one loading range from less than 1.0 mm of the inner diameter (ID) of the applicator (2), preferably in a range of less than 0.8 mm of the inner diameter (ID) of the applicator (2).
9. Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) wenigstens ein Mittel zur Erzeugung eines visuellen und/oder akustischen Signals, insbesondere eine Lampe (43) und/oder einen Summer (44), umfasst. 9. The device (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the device (1) at least one means for generating a visual and / or acoustic signal, in particular a lamp (43) and / or a buzzer (44) , includes.
10. Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Mantelkanüle (25) zur Einhausung des Applikators (2) und ein Mittel zur Arretierung (28) der Mantelkanüle (25) umfasst, 10. The device (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the device (1) comprises a jacket cannula (25) for housing the applicator (2) and a means for locking (28) the jacket cannula (25),
wobei das Mittel zur Arretierung (28) eingerichtet ist, die Mantelkanüle (25) gegenüber dem Applikator (2) von einer ersten Position, in der die Mantelkanüle (25) den Applikator (2) vollständig einhaust, zu einer zwei- ten Position, in der die Mantelkanüle (25) die Spitze (21) des Applikators (2) freigibt und umgekehrt, zu verschieben. wherein the means for locking (28) is set up, the sheath cannula (25) with respect to the applicator (2) from a first position in which the sheath cannula (25) completely houses the applicator (2) to a two- th position in which the cannula (25) releases the tip (21) of the applicator (2) and vice versa.
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelka- nüle (25) an einer zur Wirkverbindung mit dem Mittel zur Arretierung (28) vor gesehenen Seite ein Befestigungsmittel (27), insbesondere ein Außengewinde, und an der gegenüberliegenden Seite eine Spitze (26), insbesondere in Form ei nes Kanülenschliffs, aufweist. 11. The device (1) according to claim 10, characterized in that the cannula (25) on a for operative connection with the means for locking (28) in front of a side seen a fastening means (27), in particular an external thread, and on the opposite Side has a tip (26), in particular in the form of a cannula cut.
12 Vorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen Handgriff (13) umfasst, welcher den Kollimator (32) und das Mittel zur Arretierung (28) einhaust, und an dem ein Schalter (29) angeordnet ist, welcher mit dem Mittel zur Arretierung (28) wirkverbunden ist. 12. The device (1) according to claim 10 or 11, characterized in that the device (1) comprises a handle (13) which houses the collimator (32) and the means for locking (28), and on which a switch (29 ) is arranged, which is operatively connected to the means for locking (28).
13. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (1) zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe (5) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 bei dem 13. A method for operating a device (1) for the thermal treatment of biological tissue (5) according to one or more of claims 1 to 12 in the
die von einem Lasergenerator (3) erzeugten Laserstrahlen (L) mit Hilfe eines Lichtwellenleiters (31) zu einem Kollimator (32) geleitet werden; der Kollimator (32) die Laserstrahlen (L) so fokussiert, dass sie sich in nerhalb eines Applikators (2) weitgehend geradlinig und parallel zuei nander ausbreiten;  the laser beams (L) generated by a laser generator (3) are guided to a collimator (32) with the aid of an optical waveguide (31); the collimator (32) focuses the laser beams (L) in such a way that they spread within an applicator (2) largely in a straight line and parallel to each other;
die Laserstrahlen (L) am dem Kollimator (32) gegenüberliegenden Ende des Applikators (2) auf die Innenwand einer Spitze (21) des Applikators (2) treffen; und  the laser beams (L) strike the inner wall of a tip (21) of the applicator (2) at the end of the applicator (2) opposite the collimator (32); and
die Spitze (21) des Applikators (2) durch das Auftreffen der Laserstrahlen (L) und eine Absorption der Laserenergie erwärmt wird.  the tip (21) of the applicator (2) is heated by the impact of the laser beams (L) and absorption of the laser energy.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Laserstrahlen (L) durch den Kollimator (32) derart fokussiert werden, dass sie sich über eine Wegstrecke von bis zu 500 mm weitgehend geradlinig und parallel zueinander ausbreiten. 14. The method according to claim 13, in which the laser beams (L) are focused by the collimator (32) in such a way that they spread largely in a straight line and parallel to one another over a distance of up to 500 mm.
15 Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Laserstrahlen (L) kontinuier lich und/oder in Form von Pulsen erzeugt werden. 15. The method according to claim 13 or 14, in which the laser beams (L) are generated continuously and / or in the form of pulses.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem Beginn und/oder Ende der Erzeugung der Laserstrahlen (L) durch den Lasergenerator (3) manuell (be vorzugt mittels eines Fußschalters (11) und/oder eines Tasters (12)) und/oder au tomatisiert (bevorzugt mittels eines Timers (42)) gesteuert werden. 16. The method according to any one of claims 13 to 15, at the beginning and / or end of the generation of the laser beams (L) by the laser generator (3) manually (preferably by means of a foot switch (11) and / or a button (12)) and / or automated (preferably by means of a timer (42)).
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 16, bei dem die Er zeugung der Laserstrahlen (L), insbesondere der Beginn und/oder das Ende der Erzeugung, durch den Lasergenerator (3) visuell und/oder akustisch angezeigt werden. 17. The method according to one or more of claims 13 to 16, in which the generation of the laser beams (L), in particular the beginning and / or the end of generation, are indicated visually and / or acoustically by the laser generator (3).
18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17, bei dem eine Mantelkanüle (25) mit Hilfe eines Mittels zur Arretierung (28) von einer ersten, die Spitze (21) des Applikators (2) vollständig einhausenden Position, zu einer zweiten, die Spitze (21) des Applikators (2) freigebenden, Position verschoben wird und umgekehrt. 18. The method according to one or more of claims 13 to 17, in which a jacket cannula (25) with the aid of a means for locking (28) from a first, the tip (21) of the applicator (2) completely housed position, to a second , the tip (21) of the applicator (2) releasing, position is shifted and vice versa.
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