DE112013003550T5

DE112013003550T5 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestrahlung

Info

Publication number: DE112013003550T5
Application number: DE112013003550.2T
Authority: DE
Inventors: Dao-Yi; YU; Stephen John Cringle
Original assignee: Lions Eye Institute of Western Australia Inc
Current assignee: Lions Eye Institute of Western Australia Inc
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2015-04-30
Also published as: CA2878063C; AU2013293035B2; AU2013293035A1; WO2014012133A1; US20150190280A1; CA2878063A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Bestrahlen (beispielsweise zum Zweck der Darstellung oder Ablation) einer Probe, wobei die Vorrichtung umfasst: einen optischen Transmitter zum Übertragen von Licht aus einer Laserquelle; eine optische Sonde mit einem optischen Auslass, wobei die optische Sonde dazu ausgebildet ist, das Licht von dem optischen Transmitter zu empfangen und das Licht bei der Emission aus dem Auslass auf die Probe aufzubringen; einen Positionsdetektor, der dazu angepasst ist, eine Position der optischen Sonde in einer Längsrichtung zu detektieren und ein Signal auszugeben, das die Position oder eine Änderung der Position relativ zu einer Oberfläche vor der optischen Sonde anzeigt; einen Antrieb, der an die optische Sonde gekoppelt ist und dazu angepasst ist, eine Position der optischen Sonde in der Längsrichtung steuerbar einzustellen; und eine Regelungseinrichtung, die dazu angepasst ist, das Signal von dem Positionsdetektor zu empfangen und den Antrieb dazu zu steuern, die Position dazu zu steuern, die optische Sonde relativ zu der Oberfläche vor der optischen Sonde an einer im Wesentlichen konstanten Position zu halten.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestrahlung, insbesondere, jedoch keineswegs ausschließlich, zur Anwendung bei der Ablation von Gewebe und insbesondere weichem Gewebe (wie etwa der Netzhaut, der Gefäßwand, dem Trabekelwerk oder anderem Gewebe) in einer flüssigen Umgebung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Infrarotquellen wie etwa CO2-, Erbium-YAG und Holmium:YAG-Laser wurden bereits experimentell bei der Zuführung von Lichtleitfasern zu einer chirurgischen Zielstelle verwendet. Obwohl sie für den Einsatz in der intraokularen Chirurgie angepasst sind, bereiten unter anderem thermische Begleitschäden am umliegenden Gewebe sowie Stoßwellenwirkungen Probleme.
UV-Laser sind weithin anerkannt zur Verwendung in der refraktiven Hornhautchirurgie, etwa bei photorefraktiver Keratektomie (PRK) und Laser-Intrastomal-Keratomileusis (LASIK), und ermöglichen eine gute Steuerung der Ablationstiefe sowie nur minimale Beschädigung des umliegenden Gewebes. Solche Systeme sind jedoch zur Verwendung in gasförmigen Umgebungen – typischerweise also an der Atmosphäre – angepasst.
UV-Laser bei 266 nm wurden zur Verwendung bei der Gewebeablation in flüssigen Umgebungen bereits ausgiebig untersucht; sie liegen in einigen Zielgeweben nah bei der Absorptionsspitze von Proteinen und bieten eine gute Steuerung der Ablationstiefe bei nur minimaler Beschädigung des umliegenden Gewebes.
UV-Laser bei 213 nm wurden ebenfalls zur Verwendung bei der Gewebeablation in flüssigen Umgebungen ausgiebig untersucht. Sie ermöglichen eine gute Steuerung der Ablationstiefe und nur minimale Beschädigung des umliegenden Gewebes, jedoch keine zufriedenstellende Penetration in Flüssigkeiten. Beispielsweise hängt der Absorptionskoeffizient (α) von Art und Inhalt der Flüssigkeit ab, die sich je nach Krankheit und Krankheitsfortschritt sowie nach den Flüssigkeitskonzentrationen verändern: Beides kann klinisch schwer einschätzbar sein. Beispielsweise differiert der Absorptionskoeffizient für 0,9-prozentige Salzlösung bzw. BSS (balancierte Salzlösung) von 0,05 bis 6,9 cm^–1.
Zudem sind UV-Laser häufig so gesteuert, dass sie mehrere Pulse abgeben. Jeder Puls bewirkt aber eine bestimmte Menge an Gewebeablation, wodurch die Distanz zwischen der beleuchtenden Sonde und dem Gewebe sowie Inhalt und Art der umgebenden Flüssigkeit verändert werden. Das Ergebnis ist eine chirurgische Umgebung, die sich ständig verändert.
Ein existierender Ansatz ist schematisch bei 10 in 1 dargestellt, die eine optische Sonde 12 zum Aufbringen von ultraviolettem Licht 14 aus einer Laserquelle (nicht dargestellt) auf eine Probe 16 – in diesem Beispiel einen bestrahlten Teil eines biologischen Gewebes – in einer Flüssigkeit 18 zeigt. Andere Teile des Gewebes stehen möglicherweise nicht mit der Flüssigkeit 18 in Kontakt, jedoch wird die Probe 16 als in einer Flüssigkeit befindlich betrachtet, weil die Flüssigkeit 18 und die Probe 16 eine Grenzfläche 20 aufweisen.
Das vordere bzw. distale Ende 22 der optischen Sonde 12 läuft zu einer distalen Spitze 24 zu, die auch der Auslass ist, aus dem das ultraviolette Licht 14 aus der optischen Sonde 12 emittiert wird. In Verwendung liegt zwischen der distalen Spitze 24 und der Probe 16 eine flüssige Schicht 26 der Flüssigkeit 18, so dass zwischen der Flüssigkeit 18 und der distalen Spitze 24 auch eine Grenzfläche 28 besteht, die im Wesentlichen der distalen Spitze 24 entspricht.
In Verwendung wird auf die Probe 16 ultraviolettes Licht 14 aufgebracht, um die Probe 16 abzutragen (d.h. Oberflächenteile der Probe 16 zu entfernen). Dies führt jedoch zur Bestrahlung der Flüssigkeit 18 in der Flüssigkeitsschicht 26 zwischen der distalen Spitze 24 und der Probe 16, wodurch Veränderungen in deren Zusammensetzung, Temperatur und Absorptionskoeffizient bewirkt werden. Ebenso vergrößert die Ablation der Probe 16 fortschreitend die Distanz zwischen der optischen Sonde 12 und der Probe 16, und das durch Ablation entfernte Material verändert die Zusammensetzung der Flüssigkeit 18 und somit deren Absorptionskoeffizient weiter.
Die Flüssigkeitsschicht 26 zwischen der optischen Sonde 12 und der Probe 16 bildet also eine komplizierte und unberechenbare Grenze, die eine Berücksichtigung (und möglicherweise Einberechnung) von Mikrobestrahlungswirkungen, Laserbiophysik, Laserchemie, Laserbiochemie und der Distanz zwischen Sonde und Probe erfordert, wodurch eine konstante Operationsumgebung ausgeschlossen ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten breiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Bestrahlen einer Probe bereit (etwa zum Zweck einer Ablation der Probe), wobei die Vorrichtung umfasst:
einen optischen Transmitter zum Übertragen von Licht (wie etwa ultraviolettem Licht) aus einer Laserquelle;
eine optische Sonde mit einem optischen Auslass, wobei die optische Sonde dazu ausgebildet ist, das Licht von dem optischen Transmitter zu empfangen und das Licht bei der Emission aus dem Auslass auf die Probe aufzubringen;
einen Positionsdetektor (wie etwa einen Kraftaufnehmer oder einen Detektor), der dazu angepasst ist, eine Position der optischen Sonde in einer Längsrichtung (d.h. Richtung der Z-Achse oder Vorwärts/Rückwärts-Richtung) zu detektieren und ein Signal auszugeben, das die Position oder eine Änderung der Position relativ zu einer Oberfläche vor der optischen Sonde anzeigt;
einen Antrieb, der an die optische Sonde gekoppelt ist und dazu angepasst ist, eine Position der optischen Sonde in der Längsrichtung steuerbar einzustellen; und
eine Regelungseinrichtung, die dazu angepasst ist, das Signal (das danach verarbeitet wird oder nicht) von dem Positionsdetektor zu empfangen und den Antrieb dazu zu steuern, die Position dazu zu steuern, die optische Sonde relativ zu der Oberfläche vor der optischen Sonde an einer im Wesentlichen konstanten Position zu halten.
Allgemein ist die optische Sonde dazu angepasst, in Verwendung mit dem Auslass in Kontakt mit der Probe angeordnet zu sein, wobei dann das Material vor der optischen Sonde die Probe ist.
So beeinflusst die Distanz zwischen der optischen Sonde und der Oberfläche (wie etwa der Probe) beispielsweise die Ablation und ist somit gemäß diesem Aspekt vorteilhaft so gesteuert, dass sie im Wesentlichen konstant ist. Die vorliegende Erfindung hält die Distanz effektiv auf null, was sowohl einfacher aufrechtzuerhalten ist als auch – bei Verwendung in einer flüssigen Umgebung – die Wirkungen von Flüssigkeit zwischen Sonde und Probe minimiert (in Ausführungsformen, bei denen die Oberfläche die Probe ist). Es wird erwartet, dass, wenn auch etwas Flüssigkeit zwischen der Sonde und der Probe verbleibt, diese i) minimal ist und ii) während der Verwendung sofort verdampft wird, wodurch sich ihre Menge weiter verringert.
Somit kann ein allgemein mäßiger Kontakt zwischen Spitze und Probe aufrechterhalten werden.
Obwohl die Vorrichtung in erster Linie für die Verwendung zur Ablation vorgesehen ist, könnte sie alternativ auch in ein faseroptisches Laserendoskop eingebaut sein und zum Bestrahlen von beispielsweise Tumoren (etwa solchen der Luftröhre, Speiseröhre oder des Magens) verwendet werden. Ein solches Endoskop umfasst typischerweise separate optische Kanäle – die in dem Endoskopkopf enden – zur Bildgebung bzw. Probenbestrahlung (gemäß der vorliegenden Erfindung).
Die optische Sonde könnte beispielsweise massiv oder kapillar sein, hat jedoch typischerweise die Form einer Lichtleitfaser oder eines Lichtleitfaserbündels aus Lichtleitfasern, so dass der Auslass die Auslassspitze der Lichtleitfaser bzw. die Auslassspitzen der Lichtleitfasern des Lichtleitfaserbündels umfasst.
In einer Ausführungsform befindet sich der Auslass an einer distalen Spitze der optischen Sonde und ist dazu ausgebildet, das Licht in der Längsrichtung zu emittieren.
In einer Ausführungsform umfasst der Positionsdetektor einen an die optische Sonde gekoppelten Kraftaufnehmer, wobei der Kraftaufnehmer dazu angeordnet ist, ein Signal auszugeben, das eine Kraft oder eine Änderung einer Kraft zwischen der optischen Sonde und der Oberfläche anzeigt, wobei die Regelungseinrichtung dazu angepasst ist, ein aus dem Signal bestimmtes Steuersignal an den Antrieb auszugeben, und der Antrieb dazu angepasst ist, das ausgegebene Signal zu empfangen und die Position zu steuern, um eine im Wesentlichen konstante Kraft zwischen der optischen Sonde und der Oberfläche (wie etwa der Probe) aufrechtzuerhalten.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Positionsdetektor eine Sonde, die an die optische Sonde angrenzt oder an dieselbe gekoppelt ist und einen Kraftaufnehmer aufweist, wobei die Sonde dazu angeordnet ist, in Verwendung die Oberfläche zu kontaktieren und ein Signal auszugeben, das eine Kraft oder eine Änderung einer Kraft zwischen der Sonde und der Oberfläche anzeigt, wobei die Regelungseinrichtung dazu angepasst ist, ein aus dem Signal bestimmtes Steuersignal an den Antrieb auszugeben, und der Antrieb dazu angepasst ist, das ausgegebene Signal zu empfangen und die Position zu steuern, um eine im Wesentlichen konstante Kraft zwischen der optischen Sonde und der Oberfläche aufrechtzuerhalten.
Die Vorrichtung kann eine Laserquelle zum Zuführen des Laserlichtes aufweisen. In Anwendungen, bei denen das Licht ultraviolettes Licht ist, kann die Laserquelle eine ultraviolette Laserquelle oder eine Infrarotlaserquelle und einen Mechanismus zum Wandeln eines Ausgangs der Infrarotlaserquelle in ultraviolettes Licht umfassen.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist der Auslass dazu angeordnet, das Licht seitlich aus der optischen Sonde zu emittieren, um die Probe zu bestrahlen, wenn diese neben der optischen Sonde angeordnet ist. Die Sonde kann dazu angepasst sein, das Licht so zu lenken, dass es aus dem Auslass austritt, indem das Licht in Richtung des Auslasses reflektiert wird (etwa mit einem in der Sonde angeordneten Spiegel, der auf herkömmliche Weise oder mit innerer Totalreflexion funktionieren kann).
Gemäß einem zweiten breiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Endoskop bereit, das die oben beschriebene Vorrichtung umfasst.
Gemäß einem dritten breiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Ablationsvorrichtung bereit, welche die oben beschriebene Vorrichtung umfasst.
Gemäß einem vierten breiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestrahlen einer Probe bereit (etwa zum Zweck einer Ablation der Probe), wobei das Verfahren umfasst:
Anordnen einer optischen Sonde, die einen Auslass aufweist, mit dem Auslass in Kontakt mit der Probe;
Übertragen von Licht (wie etwa ultraviolettem Licht) aus einer Laserquelle zu der optischen Sonde und
Aufbringen des Lichtes bei der Emission aus dem Auslass auf die Probe;
Detektieren einer Position der optischen Sonde in einer Längsrichtung mit einem Positionsdetektor;
Ausgeben eines Signals aus dem Positionsdetektor, das die Position oder eine Änderung der Position relativ zu einer Oberfläche vor der optischen Sonde anzeigt; und
Steuern eines an die optische Sonde gekoppelten Antriebes dazu, die Position dazu zu steuern, die optische Sonde relativ zu der Oberfläche vor der optischen Sonde an einer im Wesentlichen konstanten Position zu halten.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Antreiben der optischen Sonde dazu auf, eine Position des Auslasses gegen die Oberfläche aufrechtzuerhalten.
Das Verfahren kann einen Einsatz einer Regelungseinrichtung aufweisen, um den Antrieb entsprechend dem Signal zu steuern.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform weist das Verfahren ein seitliches Emittieren des Lichtes aus der optischen Sonde und dadurch ein Bestrahlen der neben der optischen Sonde angeordneten Probe auf. Das Verfahren kann ein Lenken des Lichtes dazu, aus dem Auslass auszutreten, durch Reflektieren des Lichtes in Richtung des Auslasses aufweisen (wie etwa mit einem in der Sonde angeordneten Spiegel, der auf herkömmliche Weise oder mit innerer Totalreflexion funktionieren kann).
Gemäß einem fünften breiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Ablation einer Probe bereit, welches das oben beschriebene Verfahren umfasst.
Es wird angemerkt, dass alle verschiedenen Merkmale eines jeden der obigen Aspekte der Erfindung sowie die verschiedenen Merkmale der unten beschriebenen Ausführungsformen nach Eignung und Wunsch kombinierbar sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zur deutlicheren Darstellung der Erfindung werden nun Ausführungsformen als Beispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer optischen Sonde zum Aufbringen von ultraviolettem Licht auf eine Probe gemäß dem Stand der Technik;
2 eine schematische Ansicht eines Laserablationssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Ansicht der optischen Sonde zum Aufbringen von ultraviolettem Licht auf eine Probe aus dem System aus 2;
4 eine schematische Ansicht der optischen Sonde zum Aufbringen von ultraviolettem Licht auf eine Probe aus dem System aus 2;
5A und 5B schematische Ansichten der optischen Sonde aus 4 in Verwendung;
6A bis 6C schematische Ansichten von optischen Sonden gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in Varianten des Systems aus 2.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
2 ist eine schematische Ansicht eines Laserablationssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 30 weist eine Nd:YAG-Infrarotlaserquelle 32 auf, die Infrarotlicht bei 1064 nm emittiert. Bei dem hier beschriebenen Anwendungsbeispiel ist die Nd:YAG-Infrarotlaserquelle 32 zur Ablation einer Läsion dazu gesteuert, 1 bis 100 Lichtpulse mit jeweils 0,4–0,7 J/cm² und einer Dauer von 4–6 ns, einer Pulswiederholungsrate von 10 Hz, einem Strahldurchmesser von 6 mm und einer Strahldivergenz von 0,6 mrad abzugeben.
Außerdem weist das System 30 ein Paar Spiegel 34a, 34b auf, die das Infrarotlicht in einen Oberwellengenerator 36 reflektieren, der das Infrarotlicht sowie Licht mit den harmonischen Wellenlängen 532 nm, 266 nm und 213 nm emittiert. Der Oberwellengenerator 36 umfasst BBO-Kristalle zur Erzeugung der zweiten Harmonischen und CLBO-Kristalle zur Erzeugung der vierten Harmonischen (266 nm) und fünften Harmonischen (213 nm).
Das System 30 weist ein Dispersionsprisma 38, welches das durch den Oberwellengenerator 36 emittierte Licht empfängt und es nach Wellenlänge gestreut emittiert, sowie erste und zweite Strahlsperren 40 und 42 auf, die dazu angeordnet sind, die Lichtstrahlen mit den Wellenlängen 1064 nm und 532 nm zu empfangen und gegen eine Weiterübertragung zu sperren.
Außerdem weist das System 30 bewegliche dritte und vierte Strahlsperren 44 und 46 sowie teilreflektierende Spiegel 48 und 50 auf. Die dritten und vierten Strahlsperren 44 und 46 sind jeweils in den Strahlengängen der Lichtstrahlen mit den Wellenlängen 266 nm und 213 nm angeordnet. Ein Antriebsmechanismus (nicht dargestellt) ermöglicht eine separate Steuerung der dritten und vierten Strahlsperren 44 und 46, um jeden dieser Lichtstrahlen selektiv zu sperren oder durchzulassen, und diese Strahlen mit den Wellenlängen 266 nm und 213 nm treffen, sofern durchgelassen, auf die teilreflektierenden Spiegel 48 bzw. 50.
In Proben der unten beschriebenen Art liegt Licht bei 266 nm und 213 nm nah bei den Absorptionsspitzen von Proteinen, jedoch können in anderen Anwendungen andere Wellenlängen bevorzugt sein daher als notwendig und geeignet eingesetzt werden.
Das System 30 weist einen hohlen Glaskonus 52 zum Konzentrieren des Strahls auf, zu dessen größerem Ende (oder Eintrittsende) die teilreflektierenden Spiegel 48 und 50 die reflektierte Komponente des Strahls bzw. der Strahlen mit der Wellenlänge von 266 nm und 213 nm lenken. Der Konus 52 ist an seinem distalen bzw. schmalen Ende an das proximale Ende einer optischen Sonde 54 gekoppelt (die, wie unten beschrieben, eine Lichtleitfaser umfasst) und schickt den Strahl so in das proximale Ende 56 der optischen Sonde 54. Das distale Ende der optischen Sonde 54 kann gegen eine Probe angeordnet sein (in diesem Beispiel eine intraokulare Probe wie etwa einen Teil 58 der Netzhaut eines Augapfels 60).
Es wird angemerkt, dass das Licht bei dem System 30 (und weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung) durch jeden geeigneten Mechanismus oder jedes geeignete Medium übertragen werden kann. Beispielsweise können einige oder alle der oben bezeichneten oder in 2 gezeigten Strahlengänge freien Raum, einen optischen Transmitter wie etwa eine Lichtleitfaser oder ein Lichtleitfaserbündel oder jede geeignete Kombination derselben umfassen.
Somit ist das System 30 einsetzbar zur Bestrahlung und Ablation einer Probe 58 mit einem Ablationsstrahl der Wellenlänge 266 nm oder 213 nm, oder mit Komponenten der Wellenlänge 266 nm und der Wellenlänge 213 nm.
Das System 30 weist ein drehbares Prisma 62 auf, das in dem Strahlengang zwischen dem Dispersionsprisma 38 und dem teilreflektierenden Spiegel 50 angeordnet ist und drehbeweglich einstellbar ist, so dass der Weg des 213-nm-Strahls fein einstellbar ist.
Außerdem weist das System 30 eine zweite Laserquelle in Form der HeNe-Laserquelle 64 auf, die sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 633 nm emittiert. Das zusätzliche Spiegelpaar 66a, 66b lenkt Licht aus der HeNe-Laserquelle 64 durch die teilreflektierenden Spiegel 48 und 50 (und daher in denselben Strahlengang wie den des Ablationslichtes) auf die Probe 58. Dieses sichtbare Licht erlaubt im Effekt die Visualisierung der Einfallstelle des Ablationsstrahls (der für das bloße Auge unsichtbar ist, da er im ultravioletten Bereich liegt).
3 ist eine schematische Ansicht der optischen Sonde des Systems 3 aus 2, allgemein bei 70 gezeigt, zum Aufbringen von ultraviolettem Licht auf die Probe 58. Die optische Sonde 70 ist mit der optischen Sonde 12 aus 1 vergleichbar und umfasst eine Lichtleitfaser von 800 mm Länge und 200 µm Kerndurchmesser mit einem zulaufenden vorderen bzw. distalen Ende 72, das zu einer distalen Spitze 74 mit einem Kern von 60 µm Durchmesser zuläuft. Dieser Kern ist auch der Auslass, aus dem ultraviolettes Ablationslicht und visualisierendes sichtbares Licht aus der optischen Sonde 70 emittiert werden. In Verwendung ist die distale Spitze 74 in eine umgebende Flüssigkeit 76 eingetaucht und in Kontakt mit der Probe 58 angeordnet.
In Verwendung ist die distale Spitze 74 gegen die Probe 58 angeordnet (wie unten ausführlicher beschrieben). In Verwendung erzeugt die optische Sonde 70 in der Probe durch Ablation ein Loch von ungefähr 60 µm Durchmesser und mit einer Tiefe von 40 bis 400 µm, abhängig davon, ob die optische Sonde 70 zwischen den Pulsen vorgeschoben wird oder nicht.
Wieder mit Bezug auf 3 weist das System 30 einen Regelungsmechanismus auf, der einen Wandler 78 in Form eines Kraftaufnehmers aufweist, der in Richtung des proximalen Endes 80 der optischen Sonde 70 an die optische Sonde 70 gekoppelt ist und daher in diesem Beispiel in Verwendung außerhalb des Augapfels 60 angeordnet ist. Der Wandler 78 reagiert im Wesentlichen auf Längsbewegung der Position der optischen Sonde 70 und ist dazu ausgebildet, ein Signal auszugeben, das eine Kraft oder eine Veränderung einer Kraft anzeigt, die durch eine solche Längsbewegung verursacht wird. Außerdem weist der Regelungsmechanismus des Systems 30 eine Regelungseinrichtung 84 und einen Antrieb 86 auf, der an die optische Sonde 70 gekoppelt ist, um die optische Sonde 70 in einer Längsrichtung zu bewegen. Das ausgegebene Signal 82 wird an die Regelungseinrichtung 84 übertragen, die ein Steuersignal 88 für den Antrieb 86 erzeugt, das dazu angepasst ist, den Antrieb 86 dazu zu steuern, die optische Sonde 70 anzutreiben, um die Kraft wiederherzustellen (oder die Veränderung der Kraft zu eliminieren), die durch den Wandler 78 detektiert wird.
Wenn die optische Sonde 70 wie gewünscht in der Weise gegen die Probe 58 angeordnet worden ist, dass die distale Spitze 74 eine mäßige Kraft gegen die Probe 58 ausübt, wird somit dieser Regelungsmechanismus – umfassend den Wandler 78, die Regelungseinrichtung 84 und den Antrieb 86 – aktiviert und hält die distale Spitze 74 gegen die Probe 58, so dass die ursprüngliche mäßige Kraft aufrechterhalten wird.
4 ist eine schematische Ansicht der optischen Sonde 90 zur Verwendung in einer Variation des Systems 30 zum Aufbringen von ultraviolettem Licht auf die Probe 58 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die optische Sonde 90 ist in vieler Hinsicht mit der optischen Sonde 70 aus 3 identisch, und zur Bezeichnung gleicher Merkmale wurden die gleichen Bezugsziffern verwendet. Jedoch ist die optische Sonde 90 in dieser Ausführungsform mit einem Regelungsmechanismus versehen, der einen Wandler 92 in Form eines optischen Sensors aufweist. Der Wandler 92 ist dazu angeordnet, einen Teil 94 des von der Probe 58 übertragenen Lichtes zu empfangen, wodurch ein ausgegebenes Signal 96 bereitgestellt wird, das ein Maß des Grades des Kontaktes zwischen der distalen Spitze 74 und der Probe 58 ist (da ein Entfernen der distalen Spitze 74 von der Probe 58 die Intensität des zurückkehrenden Lichtes verringert, das durch die distale Spitze 74 aufgenommen und zu dem Wandler 92 übertragen wird). Die Regelungseinrichtung 98 dieser Ausführungsform verwendet dieses Signal 96 zum Erzeugen eines Steuersignals 100 für den Antrieb 86, das dazu angepasst ist, den Antrieb 86 dazu zu steuern, die optische Sonde 70 anzutreiben, um die Intensität von zurückkehrendem Licht wiederherzustellen, das durch den Wandler 92 detektiert wird. Somit wird in dieser Ausführungsform durch einen Regelungsmechanismus, der den Wandler 92, die Regelungseinrichtung 98 und den Antrieb 86 umfasst, die Position der distalen Spitze 74 in mäßigem Kontakt mit der Probe 58 gehalten.
Außerdem sei darauf hingewiesen, dass die Steuermechanismen mit Rückführung aus den 3 und 4 in einer anderen Ausführungsform beide in demselben System eingesetzt werden könnten. Dies würde die Verwendung einer Rückführung auf Basis von zwei gleichzeitigen Messungen der Position der distalen Spitze erlauben.
Die 5A und 5B illustrieren das Platzieren der optischen Sonde 70, 90 an der geeigneten Stelle zur Ablation der Probe 58, die – wie oben beschrieben – in diesem Beispiel einen Teil der Netzhaut eines Augapfels 60 umfasst. Mit Bezug auf 5A ist der führende bzw. distale Teil der optischen Sonde 70 in einer 25-G-Kanüle 110 angeordnet, die zum Durchdringen der Wand 112 des Augapfels 60 durch die pars plana oder eine andere Stelle verwendet wird, je nach Zielprobe/Zielgewebe.
Mit Bezug auf 5B wird die optische Sonde 70 dann in dem Augapfel 60 vorgeschoben, bis sie in mäßigem Kontakt mit der Probe 58 steht und diese eben berührt. Dieser Kontakt lässt sich durch Visualisierung unter einem Operationsmikroskop oder Endoskop beurteilen. Alternativ kann der Grad des Kontaktes mit der Probe 58 durch Überwachen eines ausgegebenen Signals aus dem Wandler 78 oder 92 (je nach Ausführungsform) oder aus der Regelungseinrichtung 84 oder 98 bewertet werden, um sicherzustellen, dass die distale Spitze 74 die Probe 58 eben berührt. Der Regelungsmechanismus wird dann eingesetzt, um die Position der optischen Sonde 70 in Längsrichtung aufrechtzuerhalten, wie oben beschrieben. Die Position der optischen Sonde 70 in anderen Richtungen wird durch herkömmliche Techniken aufrechterhalten.
Die 6A bis 6C sind schematische Ansichten von optischen Sonden gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in Varianten des Systems aus 2 mit Proben, die seitlich an die distale Spitze der jeweiligen optischen Sonde angrenzen.
Diese Ausführungsformen wären typischerweise dann bevorzugt, wenn die Probe oder das Zielgewebe an normales Gewebe angrenzt und ein Schutz des normalen Gewebes gewünscht wird.
6A ist eine schematische Ansicht einer optischen Sonde 120 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verwendung mit einer Probe 122, die selbst an normales Gewebe 124 angrenzt. In dieser Ausführungsform läuft die optische Sonde 120 nicht zu, sondern weist stattdessen einen 45°-Spiegel 126 an dem distalen Ende der optischen Sonde 120 auf, der eintreffendes Licht um 90° ablenkt, so dass es aus einem Auslass in eine Probe emittiert wird, die seitlich an die optische Sonde 120 angrenzt. Die Ablationsbestrahlung ist daher nicht in Richtung des normalen Gewebes 124 gelenkt, während sie in der Ausbildung der optischen Sonde 70 aus 3 durch die Probe 122 und in normales Gewebe 124 unter der Probe 122 (in dieser Ansicht) gelangen könnte.
Der Spiegel 126 kann auf jede geeignete Weise bereitgestellt sein, etwa indem die optische Sonde 120 mit einer schrägen distalen Spitze mit einer versilberten Oberfläche oder einer inneren, verspiegelten Oberfläche versehen ist.
6B ist eine schematische Ansicht einer optischen Sonde 130 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die optische Sonde 130 ist vergleichbar mit der optischen Sonde 120, nur dass die optische Sonde 130 – anstelle eines 45°-Spiegels – einen Spiegel 132 aufweist, der Licht über einen stumpfen Winkel und daher (in dieser Ansicht) leicht aufwärts ablenkt, wie etwa um 100° oder 110°. Somit kann die Probe 122 bestrahlt werden, wenn auch etwas weiter oberhalb des normalen Gewebes 124 als in dem in 6A gezeigten Beispiel.
6C ist eine schematische Ansicht einer optischen Sonde 140 gemäß wiederum einer weiteren Ausführungsform. Auch hier ist die optische Sonde 140 vergleichbar mit der optischen Sonde 120, nur dass die optische Sonde 140 – anstelle eines 45°-Spiegels – einen Spiegel 142 aufweist, der Licht über einen spitzen Winkel und daher (in dieser Ansicht) leicht abwärts ablenkt, wie etwa um 70° oder 80°. Somit kann die Probe 122 bestrahlt werden, wenn auch etwas näher an dem normalen Gewebe 124 als in dem in 6A gezeigten Beispiel.
Bei jeder der Ausführungsformen aus den 6A bis 6C umfasst der Regelungsmechanismus einen Kraftaufnehmer (wie oben mit Bezug auf 3 beschrieben) und steuert die jeweiligen optischen Sonden dazu, relativ zu dem normalen Gewebe 124 und daher relativ zu der Probe 122 die Position aufrechtzuerhalten.
Abwandlungen innerhalb des Umfangs der Erfindung können vom Fachmann leicht vorgenommen werden. Es sei deshalb darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungsformen beschränkt ist, die oben als Beispiele beschrieben wurden.
In den folgenden Patentansprüchen und in der vorangegangenen Beschreibung der Erfindung wird das Wort "umfassen" oder Varianten wie etwa "umfasst" oder "umfassend", sofern nicht durch den Zusammenhang aufgrund ausdrücklicher Formulierungen oder notwendiger Implizierung anders vorgegeben, in inklusivem Sinne verwendet, um also das Vorhandensein der angegebenen Merkmale festzustellen, nicht jedoch das Vorhandensein oder die Hinzufügung weiterer Merkmale in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung auszuschließen.
Weiterhin soll durch einen hier vorliegenden Verweis auf den Stand der Technik nicht impliziert werden, dass dieser Stand der Technik in Australien oder einem anderen Land Teil der üblichen allgemeinen Kenntnisse ist oder war.

Claims

Vorrichtung zum Bestrahlen einer Probe, wobei die Vorrichtung umfasst: einen optischen Transmitter zum Übertragen von Licht aus einer Laserquelle; eine optische Sonde mit einem optischen Auslass, wobei die optische Sonde dazu ausgebildet ist, das Licht von dem optischen Transmitter zu empfangen und das Licht bei der Emission aus dem Auslass auf die Probe aufzubringen; einen Positionsdetektor, der dazu angepasst ist, eine Position der optischen Sonde in einer Längsrichtung zu detektieren und ein Signal auszugeben, das die Position oder eine Änderung der Position relativ zu einer Oberfläche vor der optischen Sonde anzeigt; einen Antrieb, der an die optische Sonde gekoppelt ist und dazu angepasst ist, eine Position der optischen Sonde in der Längsrichtung steuerbar einzustellen; und eine Regelungseinrichtung, die dazu angepasst ist, das Signal von dem Positionsdetektor zu empfangen und den Antrieb dazu zu steuern, die Position dazu zu steuern, die optische Sonde relativ zu der Oberfläche vor der optischen Sonde an einer im Wesentlichen konstanten Position zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optische Sonde eine Lichtleitfaser oder ein Lichtleitfaserbündel umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Auslass sich an einer distalen Spitze der optischen Sonde befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Positionsdetektor einen an die optische Sonde gekoppelten Kraftaufnehmer umfasst, wobei der Kraftaufnehmer dazu angeordnet ist, ein Signal auszugeben, das eine Kraft oder eine Änderung einer Kraft zwischen der optischen Sonde und der Oberfläche anzeigt, die Regelungseinrichtung dazu angepasst ist, ein aus dem Signal bestimmtes Steuersignal an den Antrieb auszugeben, und der Antrieb dazu angepasst ist, das ausgegebene Signal zu empfangen und die Position zu steuern, um eine im Wesentlichen konstante Kraft zwischen der optischen Sonde und der Oberfläche aufrechtzuerhalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Positionsdetektor eine Sonde umfasst, die an die optische Sonde angrenzt oder an dieselbe gekoppelt ist und einen Kraftaufnehmer aufweist, wobei die Sonde dazu angeordnet ist, in Verwendung die Oberfläche zu kontaktieren und ein Signal auszugeben, das eine Kraft oder eine Änderung einer Kraft zwischen der Sonde und der Oberfläche anzeigt, wobei die Regelungseinrichtung dazu angepasst ist, ein aus dem Signal bestimmtes Steuersignal an den Antrieb auszugeben, und der Antrieb dazu angepasst ist, das ausgegebene Signal zu empfangen und die Position zu steuern, um eine im Wesentlichen konstante Kraft zwischen der optischen Sonde und der Oberfläche aufrechtzuerhalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die eine Laserquelle zum Zuführen des ultravioletten Laserlichtes umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Auslass dazu angeordnet ist, das Licht seitlich aus der optischen Sonde zu emittieren, um die Probe zu bestrahlen, wenn dieselbe neben der optischen Sonde angeordnet ist.
Endoskop, das die Vorrichtung zum Bestrahlen einer Probe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst.
Ablationsvorrichtung, welche die Vorrichtung zum Bestrahlen einer Probe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst.
Verfahren zum Bestrahlen einer Probe, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen einer optischen Sonde, die einen Auslass aufweist, mit dem Auslass in Kontakt mit der Probe; Übertragen von Licht aus einer Laserquelle zu der optischen Sonde und Aufbringen des Lichtes bei der Emission aus dem Auslass auf die Probe; Detektieren einer Position der optischen Sonde in einer Längsrichtung mit einem Positionsdetektor; Ausgeben eines Signals aus dem Positionsdetektor, das die Position oder eine Änderung der Position relativ zu einer Oberfläche vor der optischen Sonde anzeigt; und Steuern eines an die optische Sonde gekoppelten Antriebes dazu, die Position dazu zu steuern, die optische Sonde relativ zu der Oberfläche vor der optischen Sonde an einer im Wesentlichen konstanten Position zu halten.
Verfahren nach Anspruch 10, das ein Antreiben der optischen Sonde dazu, eine Position des Auslasses gegen die Oberfläche aufrechtzuerhalten, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, das ein Einsetzen einer Regelungseinrichtung, um den Antrieb entsprechend dem Signal zu steuern, aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, das ein seitliches Emittieren des Lichtes aus der optischen Sonde und dadurch ein Bestrahlen der neben der optischen Sonde angeordneten Probe aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, das ein Lenken des Lichtes dazu, aus dem Auslass auszutreten, durch Reflektieren des Lichtes in Richtung des Auslasses aufweist.
Verfahren zum Durchführen einer Endoskopie, welches das Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14 umfasst.
Verfahren zur Ablation einer Probe, welches das Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14 umfasst.