DE102007036671A1

DE102007036671A1 - Vascular stenoses/occlusions e.g. blood clots, treatment device, has pulsed laser radiation generating device, which is adjusted to produce laser radiation in visible and/or infrared wavelength range with specific pulse duration and energy

Info

Publication number: DE102007036671A1
Application number: DE102007036671A
Authority: DE
Inventors: Kirsi SCHÜSSLER
Original assignee: Acandis GmbH and Co KG
Current assignee: Acandis GmbH and Co KG
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2009-01-29

Abstract

The device has a device e.g. optical lens (15), for generating a pulsed laser radiation, and a device for endovascular interferences and including an optical conductor, where the devices are optically coupled with each other. The laser radiation generating device is adjusted in such a manner that the laser radiation is producible in visible and/or infrared wavelength range with pulse duration of less than 500 pico seconds, in particular not exceeding one pico second or 300 femto seconds, and pulse energy of one micro joule.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur medizinischen Behandlung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartige Vorrichtung ist bereits aus der WO 99/20189 bekannt.The invention relates to a device for medical treatment according to the preamble of claim 1. Such a device is already known from WO 99/20189 known.

WO 99/20189 beschreibt ein System zur Behandlung von Blutgerinnseln in Blutgefäßen, insbesondere im zerebralen Bereich. Das System umfasst einen gepulsten Laser und einen Katheter mit mehreren optischen Leitern, die das Laserlicht durch das Blutgefäß bis zum Ort des Gerinnsels führen. Die in das Blutgerinnsel eingebrachte Laserenergie bewirkt eine Zertrümmerung des Gerinnsels, die auf dem photoakustischen Effekt von gepulster Laserstrahlung basiert. Beim photoakustischen Effekt kommt es zu einer direkten Ionisation von Atomen. Die entstehenden freien Elektronen befinden sich im Laserstrahl, wo sie, angeregt durch die Laserstrahlung, stark beschleunigt werden. Die beschleunigten Elektronen kollidieren mit anderen Atomen und Molekülen, wodurch über Stoßionisation wiederum Elektronen frei werden, so dass lawinenartig eine große Anzahl von freien Elektronen und Ionen entsteht. Auf diese Weise bildet sich ein Plasma, das sich explosionsartig ausdehnt. Die dabei entstehende akustische Schockwelle breitet sich mit Überschallgeschwindigkeit aus und zertrümmert so durch mechanische Einwirkung das Blutgerinnsel. WO 99/20189 describes a system for treating blood clots in blood vessels, especially in the cerebral area. The system includes a pulsed laser and a catheter having multiple optical guides that guide the laser light through the blood vessel to the location of the clot. The laser energy introduced into the blood clot causes clot fragmentation based on the photoacoustic effect of pulsed laser radiation. The photoacoustic effect leads to a direct ionization of atoms. The resulting free electrons are located in the laser beam, where they are strongly accelerated, excited by the laser radiation. The accelerated electrons collide with other atoms and molecules, which in turn release electrons via collision ionization, so that avalanches generate a large number of free electrons and ions. In this way, a plasma forms, which expands explosively. The resulting acoustic shock wave propagates at supersonic speed and thus shatters the blood clot by mechanical action.

Die Erzeugung der Schockwelle erfordert eine relativ hohe Energie, die bei dem in der WO 99/20189 offenbarten System 100 μJ beträgt und über eine Pulsdauer von 20 Nanosekunden abgegeben wird.The generation of the shock wave requires a relatively high energy, which in the in the WO 99/20189 system is 100 μJ and delivered over a pulse duration of 20 nanoseconds.

Zur Erfassung der Schockwelle ist in der WO 99/20189 außerdem ein Messsystem offenbart, das eine lichtleitende Faser umfasst, die die am Plasma, am Gerinnsel oder an der Gefäßwand reflektierte Laserstrahlung zu einem Photodetektor leitet. Der Photodetektor ermittelt die Intensität der reflektierten Strahlung. Da sich die Intensitäten der Strahlung, die am Plasma reflektiert wird, und der Strahlung, die an Gefäßwänden reflektiert wird, unterscheidet, kann so die photoakustische Schockwelle erfasst werden.To capture the shock wave is in the WO 99/20189 also discloses a measuring system comprising a photoconductive fiber which directs the laser radiation reflected at the plasma, at the clot or at the vessel wall to a photodetector. The photodetector determines the intensity of the reflected radiation. As the intensities of the radiation reflected at the plasma and the radiation reflected on vessel walls differ, the photoacoustic shockwave can be detected.

Die Zerstörung von Blutgerinnseln durch den photoakustischen Effekt hat mehrere Nachteile. Zwar kann durch die Fokussierung des Laserstrahls das Zentrum der akustischen Schockwellen bestimmt werden. Ihre Ausbreitung erfolgt jedoch unkontrolliert und ist von den akustischen Eigenschaften des umgebenden Mediums abhängig. Aufgrund des höheren akustischen Widerstandes wird in Gewebe mit hoher akustischer Impedanz mehr Energie eingekoppelt als in Gewebe mit niedrigerer akustischer Impedanz. Insbesondere Wasser weist eine hohe akustische Impedanz auf, so dass photoakustische Abtragungseffekte unter Wasser verstärkt werden. Aufgrund des hohen Wassergehaltes von Blut tritt dieser Verstärkungseffekt auch innerhalb von Blutgefäßen auf, wobei die photoakustische Schockwelle nicht nur selektiv auf das Blutgerinnsel trifft, sondern auch die Gefäßwände schädigen kann. Des Weiteren kommt es zu thermischen Effekten, so dass das Gewebe am Wirkungsort erwärmt und somit geschädigt werden kann.The Destruction of blood clots by the photoacoustic Effect has several disadvantages. Although, by focusing the Laser beam to determine the center of the acoustic shock waves. Their propagation occurs, however, uncontrolled and is of the acoustic Properties of the surrounding medium. by virtue of of higher acoustic resistance is high in tissue acoustic impedance coupled with more energy than tissue lower acoustic impedance. In particular, water has one high acoustic impedance so that photoacoustic erosion effects reinforced under water. Due to the high water content of blood, this reinforcing effect also occurs within from blood vessels, taking the photoacoustic Shock wave not only selectively hits the blood clot, but also damage the vessel walls can. Furthermore, it comes to thermal effects, so that the Heated tissue at the site of action and thus damaged can be.

WO 03/057060 beschreibt ein System zur Laserbehandlung von Blutgerinnseln. Dabei kommt ein Laser mit einer Wellenlänge im ultravioletten Bereich, insbesondere mit einer Wellenlänge von etwa 300 nm, zum Einsatz. Strahlung im ultravioletten Bereich kann jedoch karzinogen, d. h. krebserregend, wirken. WO 03/057060 describes a system for laser treatment of blood clots. In this case, a laser with a wavelength in the ultraviolet range, in particular with a wavelength of about 300 nm, is used. However, ultraviolet radiation can be carcinogenic, ie carcinogenic.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur medizinischen Behandlung, insbesondere von Gefäßverengungen und Okklusionen, wie Blutgerinnseln in Blutgefäßen, anzugeben, bei der das Risiko gesenkt wird, dass gesundes Gewebe bei einer Behandlung geschädigt wird.Of the The invention is therefore based on the object, a device for medical treatment, especially vascular constrictions and occlusions, such as blood clots in blood vessels, indicate that the risk is lowered that healthy tissue is harmed during a treatment.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung zur medizinischen Behandlung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.According to the invention this object by the device for medical treatment solved according to claim 1.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Vorrichtung zur medizinischen Behandlung, insbesondere von Gefäßverengungen und Okklusionen, wie Blutgerinnseln in Blutgefäßen, anzugeben mit einer Einrichtung zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung und einer Einrichtung für endovaskuläre Eingriffe, die wenigstens einen optischen Leiter umfasst, wobei die Einrichtung zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung und die Einrichtung für endovaskuläre Eingriffe optisch miteinander gekoppelt sind. Dabei ist die Einrichtung zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung angepasst derart, dass Laserstrahlung im sichtbaren und/oder infraroten Wellenlängenbereich mit Pulsdauern von weniger als 500 Pikosekunden erzeugbar ist.Of the Invention is based on the idea, a device for medical Treatment, in particular vasoconstriction and occlusions, such as blood clots in blood vessels, to be provided with a device for generating pulsed laser radiation and an endovascular intervention device, comprising at least one optical conductor, wherein the device for generating pulsed laser radiation and the device for Endovascular interventions are optically coupled with each other. In this case, the device for generating pulsed laser radiation adapted such that laser radiation in the visible and / or infrared Wavelength range with pulse durations of less than 500 picoseconds can be generated.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die kurzen Pulsdauern von weniger als 500 Pikosekunden erreicht wird, dass einerseits nur geringe thermische Effekte der Laserbehandlung auftreten, da die kurzen Pulsdauern die Relaxationszeit des Gewebes unterschreiten. Andererseits wird aufgrund der kurzen Pulsdauern eine geringere Pulsenergie benötigt, so dass mechanische Schäden minimiert werden. Daraus folgt, dass der photoablative Effekt der Laserbehandlung gegenüber dem photoakustischen Effekt überwiegt. Beim photoablativen Effekt werden Moleküle durch Absorption von Photonen in einen angeregten, antibindenden Zustand versetzt und auf diese Weise aufgespaltet bzw. desintegriert. Die dafür erforderliche, erhöhte Photonendichte wird durch die Leistungsdichte, die von gepulsten Lasern bereitgestellt wird, erreicht. Durch die kurzen Laserpulse mit Pulsdauern von weniger als 500 Pikosekunden wird erfindungsgemäß bewirkt, dass trotz der relativ hohen Leistungsdichte der photoablative Effekt den photoakustischen Effekt überwiegt, so dass eine schonende Behandlung von Gerinnseln oder anderen Okklusionen ermöglicht wird.The invention has the advantage that is achieved by the short pulse durations of less than 500 picoseconds, on the one hand, only small thermal effects of the laser treatment occur because the short pulse durations below the relaxation time of the tissue. On the other hand, due to the short pulse durations, a lower pulse energy is needed so that mechanical damage is minimized. It follows that the photoablative effect of the laser treatment outweighs the photoacoustic effect. In the photoablative effect, molecules are converted into an excited, antibonding state by absorption of photons, and in this way they are split or disintegrated. The required, increased photon density is due to the Power density, which is provided by pulsed lasers achieved. As a result of the short laser pulses with pulse durations of less than 500 picoseconds, according to the invention the photoablative effect predominates despite the relatively high power density, so that a gentle treatment of clots or other occlusions is made possible.

Vorzugsweise ist die Einrichtung zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung derart angepasst, dass Pulsdauern von höchstens 100 Pikosekunden, insbesondere höchstens 50 Pikosekunden, insbesondere höchstens 25 Pikosekunden, insbesondere höchstens 20 Pikosekunden, insbesondere höchstens 10 Pikosekunden, insbesondere höchstens 5 Pikose kunden, insbesondere höchstens 1 Pikosekunde, erzeugbar sind. Dadurch werden in besonders vorteilhafter Weise ultrakurze Laserpulse erzeugt, die sowohl eine thermische Schädigung, als auch eine aufgrund des photoakustischen Effektes hervorgerufene mechanische Schädigung des umliegenden Gewebes, insbesondere der Gefäßwände, minimieren. Ferner kann die Einrichtung zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung derart angepasst sein, dass Pulsdauern von mindestens 10 Femtosekunden, insbesondere mindestens 20 Femtosekunden, insbesondere mindestens 50 Femtosekunden, insbesondere mindestens 100 Femtosekunden, insbesondere mindestens 200 Femtosekunden, insbesondere mindestens 300 Femtosekunden, erzeugbar sind. Auf diese Weise wird eine relativ einfache technische Realisierbarkeit und Anwendbarkeit der Laserpulse erreicht, wobei bei längeren Pulsdauern das Wellenlängenspektrum kleiner ist, was sich einfacher handhaben lässt. Dabei ist ein für die medizinische Behandlung ausreichend effizienter therapeutischer Effekt gegeben.Preferably is the device for generating pulsed laser radiation in such a way adapted to pulse durations of at most 100 picoseconds, in particular at most 50 picoseconds, in particular at most 25 picoseconds, in particular not more than 20 picoseconds, in particular at most 10 picoseconds, in particular at most 5 picosecustomers, in particular at most 1 picosecond, producible are. As a result, in a particularly advantageous manner ultrashort Generates laser pulses that cause both thermal damage, as well as due to the photoacoustic effect caused mechanical damage to the surrounding tissue, in particular the vessel walls, minimize. Furthermore, can the device for generating pulsed laser radiation in such a way be adapted to pulse durations of at least 10 femtoseconds, in particular at least 20 femtoseconds, in particular at least 50 femtoseconds, in particular at least 100 femtoseconds, in particular at least 200 femtoseconds, in particular at least 300 femtoseconds, generated are. In this way, a relatively simple technical feasibility and applicability of the laser pulses achieved, with longer Pulse durations the wavelength spectrum is smaller, resulting in easier to handle. There is one for the medical treatment sufficiently effective therapeutic Given effect.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Einrichtung zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung derart angepasst, dass Pulsenergien von höchstens 15 μJ, insbesondere höchstens 10 μJ, insbesondere höchstens 5 μJ, insbesondere höchstens 1 μJ, erreichbar sind. Durch die vergleichsweise geringen Pulsenergien wird die Entstehung des Plasmas und somit der photoakustischen Schockwellen begrenzt, so dass eine mechanische Schädigung des gesunden Gewebes aufgrund des photoakustischen Effektes wirksam vermieden wird. Ferner kann die Einrichtung zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung derart angepasst sein, dass Pulsenergien von mindestens 0,001 μJ, insbesondere mindestens 0,005 μJ, insbesondere mindestens 0,01 μJ, insbesondere mindestens 0,05 μJ, insbesondere mindestens 0,1 μJ, insbesondere mindestens 0,5 μJ, erreichbar sind. Dadurch ist es möglich, die Vorrichtung für medizinische Zwecke einzusetzen und einen ausreichend wirksamen therapeutischen Effekt zu erzielen.at a preferred embodiment of the invention Device is the device for generating pulsed laser radiation adapted such that pulse energies of at most 15 .mu.J, in particular at most 10 μJ, especially at most 5 μJ, in particular at most 1 μJ, can be reached. Due to the comparatively low pulse energies is the emergence the plasma and thus the photoacoustic shock waves, so that mechanical damage to the healthy tissue due to the photoacoustic effect is effectively avoided. Further may be the means for generating pulsed laser radiation be adapted so that pulse energies of at least 0.001 μJ, in particular at least 0.005 μJ, in particular at least 0.01 μJ, in particular at least 0.05 μJ, in particular at least 0.1 μJ, in particular at least 0.5 μJ, are reachable. This makes it possible for the device to use for medical purposes and a sufficient to achieve effective therapeutic effect.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Einrichtung zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung derart angepasst, dass Wellenlängen von höchstens 1600 nm, insbesondere höchstens 1100 nm, insbesondere höchstens 850 nm, erzeugbar sind. Aufgrund der Absorptionseigenschaften des Gewebes wird auf diese Weise ein gezieltes Einbringen der Laserenergie in das Blutgerinnsel ermöglicht. Außerdem kann die Einrichtung zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung derart an gepasst sein, dass Wellenlängen von mindestens 350 nm, insbesondere mindestens 750 nm, insbesondere mindestens 830 nm, insbesondere mindestens 1000 nm, insbesondere mindestens 1060 nm, insbesondere mindestens 1500 nm, erzeugbar sind. Auf diese Weise wird vermieden, dass das Gewebe einer ultravioletten Strahlung ausgesetzt wird.at a further preferred embodiment of the invention Device is the device for generating pulsed laser radiation adapted so that wavelengths of at most 1600 nm, in particular at most 1100 nm, in particular at most 850 nm, can be generated. Due to the absorption properties of the tissue In this way, a targeted introduction of the laser energy in the blood clot allows. In addition, the Means for generating pulsed laser radiation so fitted to be that wavelengths of at least 350 nm, in particular at least 750 nm, in particular at least 830 nm, in particular at least 1000 nm, in particular at least 1060 nm, in particular at least 1500 nm, can be generated. This will avoid that Tissue is exposed to ultraviolet radiation.

Vorzugsweise ist die Einrichtung zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung derart angepasst, dass Pulswiederholraten von höchstens 100 MHz, insbesondere höchstens 50 MHz, insbesondere höchstens 25 MHz, insbesondere höchstens 10 MHz, insbesondere höchstens 5 MHz, insbesondere höchstens 500 kHz, erreichbar sind. Dadurch kann die mittlere Leistung des Laserstrahls begrenzt und Blutgerinnsel gezielt abgetragen werden, ohne dabei umliegendes Gewebe durch thermische Schädigung zu beeinträchtigen. Vorteilhafterweise ist die Einrichtung zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung derart angepasst, dass Pulswiederholraten von mindestens 1 kHz, insbesondere mindestens 10 kHz, insbesondere mindestens 50 kHz, insbesondere höchstens 100 kHz, insbesondere höchstens 150 kHz, insbesondere höchstens 300 kHz, erreichbar sind, so dass die Behandlungsdauer verkürzt und die damit verbundene Belastung für den Patienten, insbesondere durch eine Narkose, verringert wird.Preferably is the device for generating pulsed laser radiation in such a way adapted to have pulse repetition rates of at most 100 MHz, in particular not more than 50 MHz, in particular not more than 25 MHz, in particular at most 10 MHz, in particular at most 5 MHz, in particular at most 500 kHz, are achievable. This can limit the average power of the laser beam and cause blood clots be removed selectively, without surrounding tissue by thermal Damage. advantageously, is the device for generating pulsed laser radiation in such a way adapted to pulse repetition rates of at least 1 kHz, in particular at least 10 kHz, in particular at least 50 kHz, in particular at most 100 kHz, in particular at most 150 kHz, in particular at most 300 kHz, are achievable, so shortening the treatment time and the associated burden on the patient, in particular through anesthesia, is reduced.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der optische Leiter zumindest eine Laserlicht leitende Faser, insbesondere eine Faser mit hohlem Kern, eine Faser mit großem Modenfeld-Durchmesser oder eine photonische Kristallfaser. Dadurch kann die Laserenergie direkt am Ort des Blutgerinnsels deponiert werden, wobei die Laserlicht leitende Faser mit hohlem Kern den Vorteil hat, dass durch den hohlen Kern nur eine geringe Wechselwirkung mit dem Fasermaterial erfolgt. Dadurch werden nichtlineare Effekte sowie die Dispersion reduziert und damit die Übertragung ultrakurzer Laserpulse ermöglicht. Andere Faserarten, wie beispielsweise eine Faser mit großem Modenfeld-Durchmesser (Large Mode Area(LMA-)Faser) oder eine photonische Kristallfaser (Photonic Crystal Fiber, PCF), die zur Leitung kurzgepulster Laserstrahlung geeignet sind, da sie ebenfalls die nichtlinearen Effekte beim Transport der Laserpulse durch die Faser verringern, können ebenso verwendet werden.In a preferred embodiment of the device according to the invention, the optical conductor comprises at least one laser light conducting fiber, in particular a hollow core fiber, a large mode field diameter fiber or a photonic crystal fiber. As a result, the laser energy can be deposited directly at the site of the blood clot, wherein the laser light-conducting fiber with a hollow core has the advantage that only a small interaction with the fiber material takes place through the hollow core. This reduces non-linear effects as well as the dispersion and thus enables the transmission of ultrashort laser pulses. Other types of fibers, such as large mode area (LMA) fiber or photonic crystal fiber (PCF), are suitable for conducting short pulsed laser radiation, as they also have the nonlinear effects of transport reduce the laser pulses through the fiber can also be used who the.

Vorzugsweise ist die Laserlicht leitende Faser am distalen Ende fluiddicht verschlossen. Dadurch wird ein Eindringen von Flüssigkeiten, insbesondere Blut, in die Laserlicht leitende Faser, insbesondere die Faser mit hohlem Kern, verhindert.Preferably the laser light-conducting fiber is sealed fluid-tight at the distal end. This will prevent ingress of liquids, in particular Blood, in the laser light conductive fiber, especially the fiber with hollow core, prevented.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Laserlicht leitende Faser am distalen Ende ein Abschlussstück, das einen größeren Querschnitt aufweist, als der Querschnitt des Faserkerns bzw. der Gesamtquerschnitt der in der Einrichtung für endovaskuläre Eingriffe angeordneten Laserlicht leitenden Fasern. Das Abschlussstück schützt dabei die Enden der Laserlicht leitenden Fasern vor Beschädigungen. Insbesondere kann dadurch ein Abknicken des distalen Endes der Laserlicht leitenden Fasern verhindert werden.at a preferred embodiment of the invention Device comprises the laser light conducting fiber at the distal end a graduation piece, a larger one Has cross section than the cross section of the fiber core or the Total cross section of the device for endovascular surgery arranged laser light conductive fibers. The final piece protects the ends of the laser light-conducting fibers from damage. In particular, this can cause a kinking the distal end of the laser light conductive fibers are prevented.

Des Weiteren kann die Laserlicht leitende Faser im Bereich des Abschlussstücks derart angepasst sein, dass der austretende Laserstrahl während des Betriebes aufgeweitet wird. Dadurch wird die Leistungsdichte, also die pro Flächeneinheit einwirkende Leistung, reduziert, so dass eine Beschädigung von Teilen der Einrichtung für endovaskuläre Eingriffe, insbesondere eine Beschädigung des Abschlussstückes, verhindert wird.Of Further, the laser light conductive fiber in the region of the end piece be adapted so that the exiting laser beam during of the company is widened. This will increase the power density, that is, the power acting per unit area, reduced, causing damage to parts of the device for endovascular procedures, especially damage of the end piece, is prevented.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Abschlussstück eine optische Linse auf. Auf diese Weise kann sowohl die Richtung als auch der Querschnitt des Laserstrahls beeinflusst werden. Dadurch können zum einen auch Blutgerinnsel in unzugänglichen Gefäßabschnitten behandelt werden und zum anderen kann durch die Linse die Leistungsdichte und somit das Wechselwirkungsverhalten der Laserstrahlung mit dem Gewebe beeinflusst werden.at a preferred embodiment of the invention Device, the end piece has an optical lens on. In this way, both the direction and the cross section be influenced by the laser beam. This allows to also a blood clot in inaccessible vessel sections On the other hand, through the lens, the power density and thus the interaction behavior of the laser radiation with the tissue to be influenced.

Ferner kann die optische Linse derart angepasst sein, dass die Linse den Laserstrahl beim Austreten aus dem Abschlussstück in einem Brennpunkt fokussiert. Das ermöglicht eine gezielte Behandlung von Blutgerinnseln. Die Leistungsdichte des Lasers im Fokuspunkt ist dabei hoch, wohingegen die Leistungsdichte innerhalb der Laser leitenden Faser relativ gering sein kann, wodurch eine Beschädigung der Laserlicht leitenden Faser vermieden werden kann.Further For example, the optical lens may be adapted so that the lens can support the lens Laser beam emerging from the end cap in one Focus focused. This allows a targeted treatment of Blood clots. The power density of the laser is in the focal point high, whereas the power density within the laser conductive Fiber can be relatively small, causing damage the laser light conductive fiber can be avoided.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur medizinischen Behandlung eine Messvorrichtung zur spektralen Analyse von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von sichtbarem und infrarotem Licht, die mit der Einrichtung für endovaskuläre Eingriffe optisch gekoppelt ist. Das hat den Vorteil, dass mit Hilfe der spektralen Analyse von elektromagnetischer Strahlung der Stoff ermittelt werden kann, der diese elektromagnetische Strahlung emittiert oder reflektiert. Dadurch ist es möglich, bei der Behandlung von Blutgerinnseln mittels eines Lasers anzugeben, ob sich der Wechselwirkungsort der Laserstrahlung mit dem Gewebe im Blutgerinnsel oder im umliegenden Gewebe befindet. Vorteilhafterweise wird die emittierte Strahlung durch dieselbe Linse, die bereits zur Fokussierung des Laserstrahls dient, in den optischen Leiter eingekoppelt und zur Messvorrichtung geleitet. Da die Linse schon zur Fokussierung des Laserstrahls eingesetzt wird, ist auch der Entstehungsort des Plasmas im Fokus der Linse.at Another preferred embodiment comprises Device for medical treatment, a measuring device for spectral analysis of electromagnetic radiation, in particular of visible and infrared light, with the device for Endovascular procedures are optically coupled. That has the advantage that with the help of the spectral analysis of electromagnetic Radiation of the substance can be detected, this electromagnetic Radiation emitted or reflected. This makes it possible in the treatment of blood clots by means of a laser, whether the site of interaction of the laser radiation with the tissue located in the blood clot or in the surrounding tissue. advantageously, The emitted radiation is through the same lens already for focusing the laser beam, in the optical conductor coupled and passed to the measuring device. Because the lens already is used to focus the laser beam, is also the Place of origin of the plasma in the focus of the lens.

Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung zur medizinischen Behandlung eine Steuerung, die mit der Messvorrichtung und der Einrichtung zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung gekoppelt und angepasst ist derart, dass die Erzeugung von gepulster Laserstrahlung, insbesondere die Pulsenergie, in Abhängigkeit von der spektralen Analyse der Messvorrichtung steuerbar ist. Auf diese Weise kann die Schädigung von gesundem Gewebe wirksam vermieden werden.Preferably the device for medical treatment comprises a controller, that with the measuring device and the device for generating Pulsed laser radiation is coupled and adapted such that the generation of pulsed laser radiation, in particular the pulse energy, depending on the spectral analysis of the measuring device is controllable. In this way, the damage of healthy tissue.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügte schematische Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur einen Längsschnitt durch das distale Ende eines optischen Leiters einer Vorrichtung nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.The Invention will be described below with reference to an embodiment with reference to the accompanying schematic drawing closer explained. In it, the single figure shows a longitudinal section through the distal end of an optical guide of a device according to an embodiment of the invention.

Die Vorrichtung ist besonders zur Behandlung von Blutgerinnseln mittels Laserstrahlung (Laser-Thrombolyse) geeignet, ohne darauf eingeschränkt zu sein. Andere Okklusionen sind mit der Vorrichtung ebenfalls behandelbar.The Device is especially for the treatment of blood clots by means Laser radiation (laser thrombolysis) suitable without being limited to be. Other occlusions are also treatable with the device.

Der optische Leiter umfasst eine Laserlicht bzw. Laserstrahl leitende Faser 11 mit einem Fasermantel 13 und einem hohlem Kern 14 sowie ein Abschlussstück 12. Vorzugsweise handelt es sich bei der Laserlicht leitenden Faser um eine Glasfaser mit hohlem Kern 14. Laserlicht leitende Fasern 11 mit hohlem Kern 14 eignen sich besonders für die Übertra gung von ultrakurzen Laserpulsen, da kaum nichtlineare Effekte und Dispersion durch Wechselwirkung mit dem Fasermaterial auftreten. Es ist denkbar, dass andere Laserlicht leitende Fasern 11, insbesondere Fasern 11 mit großem Modenfelddurchmesser oder Photonische Kristallfasern, die für die Übertragung der ultrakurzen Laserpulsen geeignet sind, verwendet werden. Das Abschlussstück 12 ist am distalen Ende der Laserlicht leitenden Faser 11 angeordnet und weist dabei einen größeren Querschnitt als die Laserlicht leitende Faser 11 auf.The optical conductor comprises a laser light or laser beam conducting fiber 11 with a fiber coat 13 and a hollow core 14 as well as a final piece 12 , Preferably, the laser light conductive fiber is a hollow core glass fiber 14 , Laser light conductive fibers 11 with hollow core 14 are particularly suitable for the transmission of ultrashort laser pulses, since hardly any non-linear effects and dispersion due to interaction with the fiber material occur. It is conceivable that other laser light conductive fibers 11 , especially fibers 11 with large mode field diameter or photonic crystal fibers suitable for the transmission of ultrashort laser pulses. The final piece 12 is at the distal end of the laser light conductive fiber 11 arranged and in this case has a larger cross-section than the laser light-conducting fiber 11 on.

Die einzige Figur zeigt eine einzige Laserlicht leitende Faser 11. Es ist auch möglich, mehrere Laserlicht leitende Fasern 11 vorzusehen, die in ein Abschlussstück 12 münden. Am distalen Ende des Abschlussstücks 12 ist eine optische Linse 15 angeordnet. Der durch die Faser 11 transportierte Laserstrahl wird am distalen Ende der Laserlicht leitenden Faser 11, also innerhalb des Abschlussstücks 12, aufgeweitet. Durch die Aufweitung und die damit verbundene Erhöhung des Stahlquerschnitts ist die Leistungsdichte des auf die optische Linse 15 treffenden Laserstrahls reduziert. Dadurch kann eine Beschädigung der optischen Linse 15 durch die Einwirkung der Laserenergie verhindert werden. Die optische Linse 15 hat die Aufgabe, den Laserstrahl in einen Fokus 16 zu bündeln. Insbesondere bei einer Ausführungsform mit mehreren Laserlicht leitenden Fasern 11 kann auf diese Weise die Laserenergie gezielt eingesetzt werden.The single figure shows a single laser light conductive fiber 11 , It is also possible to have several La serlicht conductive fibers 11 to be provided in a final piece 12 lead. At the distal end of the end piece 12 is an optical lens 15 arranged. The one by the fiber 11 transported laser beam is at the distal end of the laser light conductive fiber 11 So within the final piece 12 , expanded. Due to the expansion and the associated increase in the steel cross-section is the power density of the optical lens 15 reduced laser beam. This can damage the optical lens 15 be prevented by the action of the laser energy. The optical lens 15 The task is to focus the laser beam 16 to bundle. In particular, in an embodiment with a plurality of laser light-conducting fibers 11 can be used specifically in this way, the laser energy.

Die Erzeugung der Laserstrahlung kann durch verschiedene Lasertypen realisiert werden. Denkbar sind Faserlaser, Scheibenlaser oder Stablaser. Bevorzugte Lasermaterialien sind Titan-Saphir oder mit Neodym, Erbium oder Ytterbium dotierte Gläser oder Kristalle. Generell können alle Lasertypen eingesetzt werden, die ultrakurze Laserpulse im sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereich erzeugen können.The Generation of the laser radiation can be done by different laser types will be realized. Conceivable are fiber lasers, disk lasers or bar lasers. Preferred laser materials are titanium sapphire or with neodymium, erbium or ytterbium-doped glasses or crystals. As a general rule All types of lasers can be used, the ultrashort Laser pulses in the visible and infrared wavelengths can generate.

Es werden ultrakurze Laserpulse bei Wellenlängen verwendet, bei denen die lineare Absorption insbesondere im Blut gering ist, so dass es vor allem zu einer nicht-linearen Absorption kommt. Die nicht-lineare Absorption hängt insbesondere von der Leistungsdichte (Intensität) des Laserstrahls ab. Durch die optische Linse 15 wird der Laserstrahl gebündelt, so dass die benötigte Intensität erst im Fokus 16 erreicht wird. Auf diese Weise kann das Gewebe durch Variation der Lage des Fokus 16 gezielt abgetragen werden. Da bei kann die Lage des Fokus 16 in allen Richtungen des Raumes (dreidimensional) variiert werden. Die Wellenlängen sind so gewählt, dass nahezu keine lineare Absorption im Blut stattfindet. Dadurch ist der Energieverlust (Absorption) der Laserstrahlung auf dem Weg zum Behandlungsort (Fokus 16) durch das Blut vernachlässigbar.Ultrashort laser pulses are used at wavelengths in which the linear absorption, especially in the blood, is low, so that, above all, a non-linear absorption occurs. The non-linear absorption depends in particular on the power density (intensity) of the laser beam. Through the optical lens 15 The laser beam is bundled so that the required intensity is only in focus 16 is reached. In this way, the tissue can be adjusted by varying the position of the focus 16 be removed selectively. Because at can the location of the focus 16 be varied in all directions of space (three-dimensional). The wavelengths are chosen so that there is virtually no linear absorption in the blood. As a result, the energy loss (absorption) of the laser radiation on the way to the treatment site (focus 16 ) Negligible by the blood.

Die bevorzugten Wellenlängen entsprechen den heute gängigen Lasersystemen auf der Basis von Titan-Saphir oder Neodym-, Ytterbium- oder Erbium-dotierte Wirtsmaterialien. Insbesondere die Wellenlängen im Bereich von 830 nm bis 850 nm (2 × 420 nm bzw. 3 × 280 nm) sowie von 1060 nm bis 1100 nm (2 × 540 nm) bewirken eine Zwei- bzw. Dreiphotonenabsorption durch das Hämoglobin, d. h. durch die Absorption von zwei bzw. drei Photonen wird genügend Energie aufgebracht, um die Molekülbindungen des Hämoglobins aufzubrechen. Die maximale Absorption liegt beim Hämoglobin bei 280 nm, 420 nm, 540 nm und 580 nm vor. Diese speziellen Wellenlängen sollten vermieden werden, da das Hämoglobin nicht nur innerhalb des Blutgerinnsels, sondern auch im Blut vorkommt, um zu vermeiden, dass die Laserenergie bereits im Blut vor dem Gerinnsel deponiert wird. Bei der Behandlung anderer Okklusionen als Blutgerinnsel sind die vorstehend genannten Wellenlängen unproblematisch. Durch die hohe Leistungsdichte, die bei ultrakurzen Laserpulsen erreicht wird, kann eine hohe Absorption allerdings bei nahezu allen Wellenlängen bisher gängiger Lasersysteme erreicht werden. Zudem kommt es bei der Behandlung von Blutgerinnseln nicht nur auf die Absorptionseigenschaften des Hämoglobins, sondern auch auf die Absorptionseigenschaften der weiteren Bestandteile des Blutgerinnsels an.The preferred wavelengths correspond to today's common Laser systems based on titanium sapphire or neodymium, ytterbium or erbium-doped host materials. In particular, the wavelengths in the range of 830 nm to 850 nm (2 × 420 nm and 3 × 280, respectively) nm) and from 1060 nm to 1100 nm (2 × 540 nm) a two- or three-photon absorption by the hemoglobin, d. H. by the absorption of two or three photons is sufficient Energy applied to the molecular bonds of hemoglobin break. The maximum absorption is hemoglobin at 280 nm, 420 nm, 540 nm and 580 nm. These special wavelengths should be avoided because the hemoglobin is not only within of the blood clot, but also occurs in the blood to avoid that the laser energy is already deposited in the blood in front of the clot becomes. When treating other occlusions than blood clots are the above wavelengths unproblematic. Due to the high power density, the ultrashort laser pulses However, high absorption can be achieved in almost all Wavelengths of previously common laser systems achieved become. In addition, it does not come in the treatment of blood clots only on the absorption properties of hemoglobin, but also on the absorption properties of the other components of the blood clot at.

Aufgrund der ultrakurzen Laserpulse kann die für die nichtlineare Absorption notwendige Intensität bereits bei relativ kleinen Pulsenergien erreicht werden. Dadurch wird die Schädigung von gesundem Gewebe vermieden. Die Verwendung von ultrakurzen Laserpulsen führt zu einer definierten Ablationsschwelle, also einem Intensitätswert, bei dem der photoablative Effekt einsetzt, wodurch ein präzise gesteuerter Gewebeabtrag kleinster Mengen ermöglicht wird.by virtue of The ultrashort laser pulses can be used for nonlinear laser pulses Absorption necessary intensity already at relatively small Pulse energies can be achieved. This will damage avoided by healthy tissue. The use of ultrashort laser pulses leads to a defined ablation threshold, ie one Intensity value at which the photoablative effect sets in, whereby a precisely controlled tissue removal smallest Quantities is possible.

Durch die hohen Pulswiederholraten kann trotz der geringen Abtragsvolumina eine kurze Behandlungsdauer erreicht werden. Durch das Einbringen von Laserenergie in das Gewe be wird im Fokus 16 ein Plasma erzeugt. Der Entstehungsort der Plasmastrahlung befindet sich also im Fokus 16 der optischen Linse 15. Dadurch wird die Plasmastrahlung in die Laser leitende Faser 11 eingekoppelt. Am proximalen Ende der Laserlicht leitenden Faser 11 ist außerhalb des Blutgefäßes eine Messvorrichtung zur spektralen Analyse von elektromagnetischer Strahlung angeordnet, die das Lichtspektrum der Plasmastrahlung analysiert. Durch die spektrale Analyse des dabei entstehenden Plasmas kann anhand spezifischer Spektrallinien erkannt werden, ob Gerinnsel oder gesundes Gewebe abgetragen wurde. Wegen der kleinen Abtragsvolumina pro Laserpuls erfolgt daher bis zur Erkennung von gesundem Gewebe praktisch keine Schädigung des gesunden Gewebes.Due to the high pulse repetition rates, a short treatment time can be achieved despite the low ablation volumes. The introduction of laser energy into the fabric will be the focus 16 produces a plasma. The origin of the plasma radiation is thus in focus 16 the optical lens 15 , This turns the plasma radiation into the laser-conducting fiber 11 coupled. At the proximal end of the laser light conducting fiber 11 is arranged outside the blood vessel, a measuring device for the spectral analysis of electromagnetic radiation, which analyzes the light spectrum of the plasma radiation. By spectral analysis of the resulting plasma can be detected on the basis of specific spectral lines, whether clots or healthy tissue was removed. Because of the small ablation volumes per laser pulse, therefore, there is virtually no damage to the healthy tissue until the detection of healthy tissue.

Durch eine Steuerung können die Messdaten der spektralen Analyse in die Einrichtung zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung rückgekoppelt werden. Im einfachsten Fall kann die Rückkopplung ein Signal an den Anwender der Vorrichtung und/oder eine Abschaltung des Laserstrahls sein. Möglich ist auch, dass in Abhängigkeit der Messdaten eine Veränderung der Pulsenergie erfolgt, so dass beispielsweise die Pulsenergie bei Abtrag von Gewebe, das nicht behandelt werden soll, abgesenkt wird. Bei Abtrag von Blutgerinnseln oder Plaque kann die Steuerung eine Erhöhung der Pulsenergie bewirken. Es ist weiterhin denkbar, dass die optische Linse 15 aktive Steuerelemente aufweist, so dass die Lage des Fokus 16 des Laserstrahls durch die Steuerung verändert werden kann. Auf diese Weise kann eine Fläche vor dem distalen Ende der Laserlicht leitenden Faser 11 mit einer geringen Pulsenergie abgerastert werden. Die Messdaten aus der spektralen Analyse können dazu genutzt werden, eine gezielte Strahlablenkung des Laserstrahls zu dem Gewebe hin zu realisieren, das abgetragen werden soll. Werden durch das Abrastern und die anschließende Auswertung der spektralen Analyse Okklusionen, wie beispielsweise Blutgerinnsel oder Plaque, erkannt, kann die Pulsenergie erhöht werden, um die Okklusionen abzutragen.By a control, the measurement data of the spectral analysis can be fed back into the device for generating pulsed laser radiation. In the simplest case, the feedback may be a signal to the user of the device and / or a shutdown of the laser beam. It is also possible that a change in the pulse energy takes place as a function of the measurement data, so that, for example, the pulse energy is lowered when tissue that is not to be treated is removed. When removing blood clots or plaque, the control can cause an increase in the pulse energy. It is also conceivable that the optical lens 15 has active controls, so the location of focus 16 of the laser beam can be changed by the controller. In this way, a surface in front of the distal end of the laser light-conducting fiber 11 be scanned with a low pulse energy. The measurement data from the spectral analysis can be used to realize a targeted beam deflection of the laser beam to the tissue to be removed. If occlusions, such as blood clots or plaque, are detected by scanning and the subsequent evaluation of the spectral analysis, the pulse energy can be increased in order to remove the occlusions.

1111: Laserlicht leitende Faserlaser light conductive fiber
1212: Abschlussstückterminating piece
1313: Fasermantelfiber cladding
1414: hohler Faserkernhollow fiber core
1515: optische Linseoptical lens
1616: Fokus des Laserstrahlsfocus of the laser beam

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- WO 99/20189 [0001, 0002, 0003, 0004]
WO 03/057060 [0006]

Claims

Apparatus for medical treatment, in particular vasoconstrictions and occlusions, such as blood clots in blood vessels, comprising means for generating pulsed laser radiation and an endovascular intervention device comprising at least one optical conductor, the pulsed laser radiation generating means and the device for Endovascular procedures are optically coupled to each other, characterized in that the means for generating pulsed laser radiation is adapted such that laser radiation in the visible and / or infrared wavelength range with pulse durations of less than 500 picoseconds can be generated.

Device according to claim 1, characterized in that that the device for generating pulsed laser radiation is adapted such that pulse durations of at most 100 Picoseconds, in particular at most 50 picoseconds, in particular at most 25 picoseconds, in particular at most 20 picoseconds, in particular not more than 10 picoseconds, in particular at most 5 picoseconds, in particular at most 1 picosecond, can be generated.

Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the means for generating pulsed Laser radiation is adapted such that pulse durations of at least 10 femtoseconds, in particular at least 20 femtoseconds, in particular at least 50 femtoseconds, in particular at least 100 femtoseconds, in particular at least 200 femtoseconds, in particular at least 300 femtoseconds, can be generated.

Device according to at least one of the claims 1 to 3, characterized in that the means for generating adapted by pulsed laser radiation is such that pulse energies of at most 15 μJ, in particular at most 10 μJ, in particular at most 5 μJ, in particular at most 1 μJ, can be reached.

Device according to at least one of the claims 1 to 4, characterized in that the means for generating adapted by pulsed laser radiation is such that pulse energies of at least 0.001 μJ, in particular at least 0.005 μJ, in particular at least 0.01 μJ, in particular at least 0.05 μJ, in particular at least 0.1 μJ, in particular at least 0.5 μJ, can be reached.

Device according to at least one of the claims 1 to 5, characterized in that the means for generating adapted by pulsed laser radiation is such that wavelengths of at most 1600 nm, in particular at most 1100 nm, in particular at most 850 nm, can be generated.

Device according to at least one of the claims 1 to 6, characterized in that the means for generating adapted by pulsed laser radiation is such that wavelengths of at least 350 nm, in particular at least 750 nm, in particular at least 830 nm, in particular at least 1000 nm, in particular at least 1060 nm, in particular at least 1500 nm, can be generated.

Device according to at least one of the claims 1 to 7, characterized in that the means for generating of pulsed laser radiation is adapted such that pulse repetition rates of not more than 100 MHz, in particular not more than 50 MHz, in particular at most 25 MHz, in particular at most 10 MHz, in particular at most 5 MHz, in particular at most 500 kHz, are achievable.

Device according to at least one of the claims 1 to 8, characterized in that the means for generating of pulsed laser radiation is adapted such that pulse repetition rates of at least 0.5 kHz, in particular at least 1 kHz, in particular at least 5 kHz, in particular at least 10 kHz, in particular at least 25 kHz, in particular at least 50 kHz, in particular at least 100 kHz, in particular at least 150 kHz, in particular at least 300 kHz, are achievable.

Device according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the optical conductor at least one laser light-conducting fiber ( 11 ), in particular a fiber ( 11 ) with a hollow core ( 14 ) and / or a fiber ( 11 ) with a large mode field diameter and / or a photonic crystal fiber.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the laser light-conducting fiber ( 11 ) is sealed fluid-tight at the distal end.

Device according to one of claims 10 or 11, characterized in that the laser light-conducting fiber ( 11 ) at the distal end of a final piece ( 12 ) which has a larger cross-section than the cross-section of the fiber core or the overall cross-section of the arranged in the device for endovascular intervention laser light-conducting fibers ( 11 ).

Apparatus according to claim 12, characterized in that the laser light-conducting fiber ( 11 ) in the area of the final piece ( 12 ) is adapted such that the exiting laser beam is expanded during operation.

Device according to one of claims 12 or 13, characterized in that the end piece ( 12 ) an optical lens ( 15 ) having.

Device according to claim 14, characterized in that the optical lens ( 15 ) is adapted such that the optical lens ( 15 ) the laser beam as it exits the end cap ( 12 ) focused in one focal point.

Device according to at least one of the claims 1 to 15, characterized by a measuring device for spectral Analysis of electromagnetic radiation, in particular of visible and / or infrared light with the device for endovascular Interventions are optically coupled.

Apparatus according to claim 16, characterized by a controller connected to the measuring device and the device coupled and adapted to generate pulsed laser radiation is such that the generation of pulsed laser radiation, in particular the pulse energy, depending on the spectral analysis the measuring device is controllable.