DE102008058894B3

DE102008058894B3 - Laserapplikator

Info

Publication number: DE102008058894B3
Application number: DE102008058894A
Authority: DE
Inventors: Kai Ulf Dr. Markus
Original assignee: Vimecon GmbH
Current assignee: Vimecon GmbH
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2028-11-27
Also published as: EP2353039A1; US20110230941A1; JP5758808B2; CA2744657A1; WO2010060924A1; JP2012510084A; CA2744657C; US8672927B2; BRPI0920934A2

Abstract

Laserapplikator mit einem langgestreckten Lichtleiter (25), der einen inneren Kern (26) und einen den Kern umgebenden Mantel (27) aufweist, wobei in einem Auskoppelbereich (13) der Mantel eine Reihe von Öffnungen (40) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (40) von einheitlicher Größe sind und zu beabstandeten Gruppen (45) zusammengefasst sind, wobei von Gruppe zu Gruppe die Anzahl der Öffnungen zum distalen Ende hin zunimmt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserapplikator mit einem langgestreckten Lichtleiter, der einen inneren Kern und einen den Kern umgebenden Mantel aufweist, wobei in einem Auskoppelbereich der Mantel eine Reihe von Öffnungen aufweist.
Ein derartiger Laserapplikator ist beschrieben in WO 2007/118745 A1 (Vimecon) Der bekannte Laserapplikator weist einen langgestreckten flexiblen Katheter auf, der einen Lichtleiter enthält. Der distale Endabschnitt ist zu einer lasso-ähnlichen Schleife geformt, deren Ebene quer zu dem Hauptteil des Katheters verläuft. Am proximalen Ende wird Laserstrahlung in den Lichtleiter eingespeist. Am distalen Ende des Katheters befindet sich ein Auskoppelbereich, an dem die Energie seitlich aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird und den Katheter verlässt.
Der Laserapplikator dient insbesondere zur Behandlung von Vorhofflimmern und anderen Herz-Rhythmus-Störungen. Mit ihm kann Herzgewebe durch Umwandlung von Lichtenergie in thermische Energie verödet werden. Durch die aus dem Lichtleiter austretende Laserstrahlung wird das umgebende Gewebe auf Werte von über 60°C erhitzt, was zu einer Denaturierung von Proteinen und zum Ausbilden einer elektrisch inaktiven Narbe führt. Um eine über die Länge der Auskoppelstrecke gleichmäßige Verteilung der ausgekoppelten Energie zu erreichen, kann die Breite des Mantel-Kreissegments, das die Auskopplung bewirkt, über die Länge der Auskoppelstrecke verändert werden.
In DE 10 2006 039 471 B3 ist ein Laserapplikator beschrieben, der einen Katheter mit einem Lichtleiter enthält. In einem distalen Endabschnitt des Katheters hat der Mantel des Lichtleiters eine Aussparung, an der Licht seitlich aus dem Lichtleiter austritt. Während der intakte Mantel des Lichtleiters für Totalreflexion sorgt, wodurch die Lichtenergie in Längsrichtung des Lichtleiters transportiert wird, bewirken die Aussparungen an der Grenze des Kernes des Lichtleiters eine Brechung, wodurch Strahlungsenergie ausgekoppelt wird. Die Aussparungen sind diskrete Öffnungen von rundem Querschnitt. Ihr Durchmesser nimmt von Öffnung zu Öffnung in Richtung des distalen Endes des Lichtleiters stetig zu und variiert zwischen einer Größe von 20 μm für die erste Öffnung und einer Größe von 100 μm für die letzte Öffnung. Bei einer bestimmten Variante nehmen die Abstände zwischen je zwei benachbarten Öffnungen in Richtung des distalen Endes der Lichtleitfaser ab. Dadurch soll die Abnahme der Strahlungsdichte in der Lichtleitfaser in Richtung ihres distalen Endes kompensiert werden.
Die Anbringung der Öffnungen für das seitliche Auskoppeln der Laserenergie aus dem Lichtleiter erfordert eine hohe Präzision, wobei vom distalen Ende zum proximalen Ende hin eine Vergrößerung der Austrittsfläche in sehr kleinen Inkrementen erfolgen muss.
Die Erfindung befasst sich mit dem Problem der Herstellung der Auskoppelstrecke an einem Lichtleiter durch Öffnen des Mantels (claddings) des Lichtleiters zur Erzielung einer über die Länge des Auskoppelbereichs gleichmäßigen Energiedichte der ausgekoppelten Strahlung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laserapplikator zu schaffen, dessen sich vom proximalen zum distalen Ende hin vergrößernder Auskoppelquerschnitt relativ einfach und mit hoher Genauigkeit hergestellt werden kann.
Der erfindungsgemäße Laserapplikator ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Er ist dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen von einheitlicher Größe sind und zu beabstandeten Gruppen zusammengefasst sind, wobei von Gruppe zu Gruppe die Anzahl der Öffnungen zum distalen Ende hin zunimmt.
Die Erfindung sieht vor, dass einheitliche Öffnungen hergestellt werden. Dies sind generell Öffnungen von gleichem Durchmesser. Derartige Öffnungen können mit einem Laser in den Mantel des Lichtleiters gebrannt werden. Die Öffnungen einheitlicher Größe werden in einer linearen Struktur erzeugt, also einer einreihigen Kette von Öffnungen. Die Erfindung sieht die Herstellung einheitlicher Öffnungen vor, die mit einem Laserstrahl leicht durchgeführt werden kann. Die Öffnungen sind zu Gruppen zusammengefasst, wobei der Gesamt-Öffnungsquerschnitt von Gruppe zu Gruppe in distaler Richtung zunimmt.
Obwohl die Öffnungen mit einheitlicher Größe erzeugt werden, schließt die Erfindung nicht aus, dass in einzelnen Bereichen der Öffnungsreihe unterschiedliche Typen von Öffnungen realisiert werden. In jedem Fall sind aber die Öffnungen einer Gruppe von gleichem Durchmesser. Vorzugsweise sind alle Öffnungen des Auskoppelbereichs von gleichem Durchmesser.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass die Gruppen von Öffnungen gegenseitige Abstände haben können, ohne dass dadurch die Wirksamkeit der thermischen Gewebebehandlung entlang einer durchgehenden Linie wesentliche beeinträchtigt wird. Die thermische Behandlung verträgt kurze Unterbrechungen der Schweißlinie. Dies wird dazu benutzt, die Öffnungsreihe in Öffnungsgruppen zu unterteilen, die gegenseitige Abstände von weniger als 500 μm haben. Vorzugsweise sind die Abstände, die die Gruppen voneinander haben, im wesentlichen gleich.
Die Öffnungen innerhalb einer Gruppe sind entlang einer Linie angeordnet. Vorzugsweise sind die Öffnungen sämtlicher Gruppen entlang einer Geraden angeordnet.
Die Öffnungen einer Gruppe sollten relativ eng zueinander angeordnet sein. Ihr Abstand ist vorzugsweise kleiner als der Durchmesser einer Öffnung.
Zur Erzielung einer feinen Abstufung der sich in proximaler Richtung des Auskoppelbereichs vergrößernden Lochfläche kann vorgesehen sein, dass mindestens zwei Öffnungen einer Gruppe einander teilweise überdecken, wodurch ein Verschmelzungsloch gebildet wird. Der Grad der Überdeckung kann von Gruppe zu Gruppe zum distalen Ende hin kleiner werden, so dass die Fläche der Verschmelzungslöcher in distaler Richtung größer wird. Damit ist eine quasikontinuierliche Vergrößerung der Querschnittsfläche möglich, wobei das Schrittmaß unabhängig von der Lochgröße ist. Das Verschmelzungsloch ist vorzugsweise am distalen Ende der Gruppe angeordnet.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der generellen Struktur des Laserapplikators,
2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II von 1,
3 eine schematische Darstellung der Gruppen von Öffnungen im Mantel des Lichtleiters vom proximalen bis zum distalen Ende des Auskoppelbereichs und
4 eine vergrößerte Darstellung benachbarter Gruppen von Öffnungen.
Der Laserapplikator weist einen Katheter 10 in Form eines langgestreckten Stranges auf. Der Katheter enthält eines oder mehrere Lumen. Er ist in der in 1 dargestellten Weise vorgeformt und besteht aus einem proximalen Abschnitt 11 und einem distalen Endabschnitt 12. Während der proximale Abschnitt im wesentlichen geradlinigen Verlauf hat, ist der distale Endabschnitt zu einer Schleife geformt, die einen an einer Stelle offenen Kreis bildet. Die Schleifenebene liegt quer, insbesondere rechtwinklig, zur Längsrichtung des proximalen Abschnitts. Sie hat eine solche Größe, dass sie sich von innen mit leichtem Druck gegen die Wand eines Blutgefäßes legt. Der Außendurchmesser der Schleife beträgt etwa 4–6 mm.
Die Stelle A bezeichnet den Übergang vom proximalen Abschnitt 11 zum Endabschnitt 12. Die Stelle B bezeichnet das distale Ende des distalen Endabschnitts. Der Auskoppelbereich 13, in welchem Laserenergie seitlich aus dem Katheter ausgekoppelt wird, erstreckt sich von der Stelle A bis zur Stelle B.
Im Auskoppelbereich 13 hat der Laserapplikator den in 2 dargestellten Querschnitt. Er weist einen einstückigen langgestreckten Katheterkörper 15 auf, der im wesentlichen kreisrunden Querschnitt hat und mit einer längslaufenden, im wesentlichen V-förmigen Nut versehen ist. Die Nut 16 weist zwei nach außen divergierende Flanken auf, die mit einer Reflexionsschicht 17 beschichtet sind. Die Nut 16 erstreckt sich bis in die Nähe der Längsmittelachse des Katheterkörpers 15.
Der Katheterkörper 15 enthält ein Lumen 18 für einen Formungsdraht 19 sowie zwei längslaufende Kühlkanäle 20 und 21, die sich über die gesamte Katheterlänge erstrecken.
In die Nut 16 ist von außen her ein Lichtleiter 25 eingesetzt. Dieser weist einen Kern 26 aus einer Glasfaser sowie einen, den Kern umgebenden Mantel 27 (cladding) aus einem Material mit niedrigerem Brechungsindex als der Kern auf. Der Lichtleiter 25 ist in der Nut 16 mit einem transparenten Kleber 28 befestigt. Der Katheter ist außen mit einem transparenten Umschlauch 29 umhüllt.
Die Kühlkanäle 20, 21 sind im Auskoppelbereich mit Austrittsbohrungen 35, 36 versehen, die zueinander konvergieren und Kühlstrahlen nach außen senden. Die Austrittsbohrungen verlaufen unter einem spitzen Winkel zueinander. Sie bewirken, dass die Kühlstrahlen auf das Zielgebiet der Wärmestrahlung auftreffen. Die Austrittsbohrungen haben entsprechende Öffnungen in dem Umschlauch.
Der Lichtleiter 25 wird zunächst außerhalb des Katheters bearbeitet, indem im Auskoppelbereich 13 Öffnungen 40 in Form kleiner Bohrlöcher erzeugt werden. Die Löcher werden durch Bestrahlung mit einem fokussierten Laserstrahl thermisch in das Material des Mantels eingebrannt. Der so vorbereitete Lichtleiter wird in die seitliche Nut 16 des Katheterkörpers 15 eingesetzt und anschließend mit dem Kleber 28 fixiert. Danach wird der Umschlauch 29 aufgebracht.
Die Öffnungen 40 im Mantel des Lichtleiters sind, bezogen auf die Mittelachse des Katheterkörpers 15, radial nach außen gerichtet. Der Kleber 28 enthält dispergierende Partikel. Die aus dem Kern 26 des Lichtleiters austretende Strahlung wird an den Partikeln gestreut und von der Reflexionsschicht 17 reflektiert, so dass die Strahlung im Fokus 42 fokussiert wird und dort auf das Körpergewebe einwirkt.
3 zeigt die Anordnung der Öffnungen 40 in Längsrichtung des Lichtleiters 25 über die Länge des Auskoppelbereichs. Die Stelle A bezeichnet das proximale Ende und die Stelle B das distale Ende des Auskoppelbereichs 13. Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der seitlich austretenden Energie zu erreichen, muss der Auskoppelquerschnitt zum distalen Ende hin zunehmen.
Die Öffnungen 40 im Mantel 27 des Lichtleiters 25 sind Bohrlöcher mit einem Durchmesser von 75 μm, die durch einen entsprechenden Laserstrahl thermisch erzeugt wurden. Die Öffnungen 40 haben einheitliche Größe. Sie haben sämtlich den gleichen Durchmesser. Die Öffnungen 40 sind sämtlich in linearer Anordnung positioniert. Sie sind in Gruppen 45 zusammengefasst. Die Anzahl der Öffnungen innerhalb einer Gruppe 45 variiert. Sie nimmt vom proximalen Ende A bis zum distalen Ende B zu. Man erkennt, dass die erste Gruppe nur aus einer einzigen Öffnung besteht. Im Folgenden werden dann die Gruppen immer größer, d. h., sie enthalten mehr Öffnungen. Die Öffnungen einer Gruppe sind grundsätzlich gleich beabstandet. Sie sind so angeordnet, dass sie gerade nicht verschmelzen. Die Gruppen 45 sind voneinander beabstandet. Der Abstand beträgt hier 400 μm. Der Gruppenabstand ist also über den Auskoppelbereich hinweg gleich.
4 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer Folge von Gruppen 45a, 45b, 45c. Hierbei sind die letzten Öffnungen der Gruppe zu einem Verschmelzungsloch 46 vereinigt. Das Verschmelzungsloch entsteht dadurch, dass zwei Öffnungen einander überlappen, wobei der Überlappungsgrad bei den Gruppen 45a und 45b verändert ist. Der Abstand der Gruppen beträgt auch hier 400 μm. Durch die Verschmelzung zweier Öffnungen kann der Gesamtquerschnitt einer Gruppe in feinen Abstufungen variiert werden. So wird der Gesamtquerschnitt von Gruppe 45a über Gruppe 45b bis zur Gruppe 45c quasi kontinuierlich vergrößert. Das Verschmelzungsloch 46 befindet sich jeweils am distalen Ende einer Gruppe.
Die Erfindung ermöglicht die Herstellung der Öffnungen als einheitliche Öffnungen, wobei der einzige variierende Parameter zur Veränderung des Austrittsquerschnittes die lineare Positionierung der Öffnungen darstellt.

Claims

Laserapplikator mit einem langgestreckten Lichtleiter (25), der einen inneren Kern (26) und einen den Kern umgebenden Mantel (27) aufweist, wobei in einem Auskoppelbereich (13) der Mantel eine Reihe von Öffnungen (40) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (40) von einheitlicher Größe sind und zu beabstandeten Gruppen (45) zusammengefasst sind, wobei von Gruppe zu Gruppe die Anzahl der Öffnungen zum distalen Ende hin zunimmt.
Laserapplikator nach Anspruch 1, dass die Öffnungen (40) innerhalb einer Gruppe entlang einer Geraden angeordnet sind.
Laserapplikator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (40) einer Gruppe (45) voneinander einen Abstand haben, der kleiner ist als der Durchmesser einer Öffnung.
Laserapplikator nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Öffnungen einer Gruppe einander teilweise überdecken, wodurch ein Verschmelzungsloch (46) gebildet wird.
Laserapplikator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass von Gruppe zu Gruppe der Grad der Überdeckung zum distalen Ende (B) hin kleiner wird, so dass die Fläche der Verschmelzungslöcher in distaler Richtung größer wird.
Laserapplikator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschmelzungsloch (46) am distalen Ende der jeweiligen Gruppe (45a, 45b) angeordnet ist.