DE19946177B4

DE19946177B4 - Anordnung zur Entfernung von Ablations-Abprodukten

Info

Publication number: DE19946177B4
Application number: DE1999146177
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Dick; Ingolf Dr. Streit; Karsten Freitag; Jürgen LEDERMANN
Original assignee: Asclepion Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: DE19946177A1

Abstract

Anordnung zur Ablation von biologischem Gewebe mit Hilfe eines Laserstrahls (1), die mit Mitteln zur Entfernung von Abprodukten, wie beispielsweise von Rauch und Gewebepartikeln, aus der Umgebung des Behandlungsortes ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- mindestens zwei Elektroden (5,6) vorgesehen sind, zwischen denen aufgrund einer anliegenden elektrischen Spannung ein elektrisches Feld ausgebildet ist und
- die Abprodukte der Wirkung des elektrischen Feldes ausgesetzt sind, wodurch ihre Bewegungsrichtung beeinflußt wird und die Abprodukte infolge dessen aus dem Bereich der Laserstrahlung entfernt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ablation von biologischem Gewebe mit Hilfe eines Laserstrahls, die mit Mitteln zur Entfernung von Abprodukten, wie beispielsweise von Rauch und Gewebepartikeln, aus der Umgebung des Behandlungsortes ausgestattet ist.

Beim Einbringen von Laserenergie in biologisches Gewebe werden Gewebeteilchen vom Zielgebiet abgetragen, ohne daß dabei eine wesentliche thermische Schädigung des übrigen Gewebes eintritt. In der Medizin wird dieser Effekt beispielsweise zur Bearbeitung von Knorpel und Zahnhartgewebe und in der Kosmetik zur Behandlung von Hautarealen genutzt. Auch die Anwendung in der Augenchirurgie zur Formung der Hornhaut ist bekannt (sogenannte photorefraktive Keratektomie). Diesbezügliche Verfahren und zugehörige Vorrichtungen sind unter anderem veröffentlicht in DE 197 27 573 C1 und EP 0 412 789 B1 .

Während der Abtragung des Gewebes entstehen Abprodukte in Form von Rauch oder Gewebepartikeln, die die Luftqualität in unmittelbarer Nähe des Behandlungsortes beeinträchtigen, was einerseits zu Geruchsbelästigung für den Patienten und für das behandelnde Personal führt, andererseits aber auch dazu, daß das durch die verunreinigte Luft hindurchstrahlende Laserlicht partiell geschwächt wird.

Letzteres ist insbesondere bei der photorefraktiven Keratektomie von Bedeutung, bei der zur gewünschten Formgebung der Hornhautoberfläche ein präziser Materialabtrag erforderlich ist. Dabei ist es nicht nur wichtig, daß sich der Laserstrahl unbehindert und feinfühlig ausrichten läßt, sondern es kommt auch darauf an, daß die Strahlungsenergie mit gleichbleibender Intensität in die Hornhaut eingebracht wird, damit das Ablationsergebnis gleichmäßig in der gewünschten Qualität erzielt werden kann. Letzteres wird jedoch nicht erreicht, wenn Rauch und Gewebepartikel den Strahlquerschnitt durchqueren und die Intensität der Laserstrahlung dadurch undefiniert beeinflußt wird.

Im US-Patent 5,344,418 ist eine Anordnung beschrieben, bei der eine solche Einrichtung, die der Materialabtragung mit Laserenergie dient, nahe einer Austrittsöffnung für den Laserstrahl Strömungskanäle für ein Gas bzw. für Luft aufweist, aus denen während der Behandlung ein Gas- bzw. Luftstrom auf das behandelte Gewebe gerichtet ist, durch welchen die störenden Ablations-Abprodukte vom Behandlungsort weggeblasen werden.

Abgesehen davon, daß mit dieser Anordnung das Problem der Luftverunreinigung und Geruchsbelästigung für den Patienten und den Operateur nicht gelöst ist, macht sich ein weiterer Nachteil insofern bemerkbar, als der Gas- bzw. Luftstrom, der die Ablations-Abprodukte vom Behandlungsareal fernhalten soll, die Oberfläche der biologischen Substanz überstreicht, was zu einer Feuchtigkeitsverdunstung und damit zur Austrocknung dieser Substanz führt. Eine solche Austrocknung verursacht je nach ihrem Ausmaß, das für den Operateur nur schwer oder gar nicht einschätzbar ist, eine unerwünschte Erhöhung der Abtragung.

Diese Nachteile vermag auch die mit dem US-Patent 5,181,916 dargelegte Vorrichtung nicht zu beseitigen, bei der zwar kein Gasstrom zum Zweck des Wegblasens von Verunreinigungen auf den Behandlungsort gerichtet ist, sondern die entstehenden Rauchgase mit Hilfe eines Gasstromes abgesaugt werden. Zu diesem Zweck ist diese Vorrichtung mit einer ringförmigen Ansaugöffnung für das Gas versehen, die konzentrisch um die Mündungsöffnung, aus welcher der Laserstrahl austritt, positioniert ist. Aber auch hier durchqueren die vom Behandlungsort kommenden Rauchwolken und Gewebepartikel den Laserstrahl und sind Ursache für undefinierte Abtragungsergebnisse.

Von diesem Stand der Technik ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die durch Abprodukte verursachten unerwünschten Schwankungen der Laserstrahlungsintensität zu verringern.

Erfindungsgemäß sind bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art mindestens zwei Elektroden vorgesehen, zwischen denen aufgrund einer anliegenden elektrischen Spannung ein elektrisches Feld ausgebildet ist, wobei die Abprodukte der Wir kung des elektrischen Feldes ausgesetzt sind, wodurch ihre Bewegungsrichtung beeinflußt wird und die Abprodukte infolge dessen aus dem Bereich der Laserstrahlung entfernt werden.

Mit anderen Worten: Die vom Behandlungsort aufsteigenden Rauchpartikel und die sich vom Behandlungsort entfernenden Gewebeteilchen werden aufgrund der Einwirkung der Feldkräfte aus ihrer Bewegungsrichtung, die bei Rauchpartikeln beispielsweise durch Auftriebskräfte bestimmt ist, so abgelenkt, daß ihre Bewegung eine Richtung einnimmt, die von der Laserstrahlung wegführt. Die Rauchpartikel und Gewebeteilchen sind dabei bestrebt, den Feldlinien folgend einen Weg in Richtung auf eine der Elektroden einzunehmen. Damit wird die Beeinflussung der Intensität der Laserstrahlung durch Teilchen, die den Laserstrahlquerschnitt passieren, weitestgehend vermieden.

In einer besonderen Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Anordnung einen röhrenförmigen Kanal mit einer Mündungsöffnung auf, die während der Behandlung über dem zu behandelnden Gewebeabschnitt positioniert ist und durch die hindurch sowohl der Laserstrahl auf das Gewebe gerichtet ist als auch die Abprodukte in den Kanal hineinbefördert werden. Hierbei ist vorgesehen, daß die Elektroden im Kanalinneren nahe der Mündungsöffnung angeordnet sind.

Auf diese Weise wird ein kompakter Aufbau der Anordnung erzielt, indem der Kanal einerseits als Schutzhülle für den Laserstrahl dient und die Mündungsöffnung zugleich auch einen mechanischen Halt für die Elektroden bietet. Selbstverständlich ist abweichend hiervon auch eine Anordnung ohne diesen röhrenförmigen Kanal realisierbar, wobei der Laserstrahl nicht umhüllt in der freien Atmosphäre verläuft und die Elektroden als Teile einer gesonderten Baugruppe über eine Halterung fest mit dem Gerätegestell verbunden sind. Vorteilhaft kann im letzteren Falle auch noch eine gegebenenfalls manuelle Steileinrichtung zur zweckmäßigen Positionierung der Elektroden über dem Behandlungsort vorgesehen sein.

Sofern jedoch ein Kanal mit Mündungsöffnung vorhanden ist, ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindiing in der Weise denkbar, daß der Kanal mit einer Absaugeinrichtung in Verbindung steht, wobei das Kanalinnere einem Unterdruck unterworfen ist und die Abprodukte mit dem druckausgleichenden Luftstrom durch die Mündungsöffnung in den Kanal hineinbefördert werden. Hierdurch wird zusätzlich dafür gesorgt, daß sich die Rauchpartikel und Gewebeteilchen nicht undefiniert vom Behandlungsort wegbewegen, sondern ihre Bewegungsrichtung aufgrund des Luftstromes zwangsläufig durch die Mündungsöffnung in den Kanal hineinführt. Im Kanalinneren bewegt sich der Luftstrom mit den Partikeln an den Elektroden vorüber, wobei die Partikel in der bereits dargestellten Weise aus der Strömungsrichtung in Richtung auf eine der Elektroden abgelenkt werden.

Vorteilhaft können hierbei zwei den Laserstrahl ringförmig umgreifende Elektroden vorgesehen sein, deren Durchmesser etwa gleich groß sind und die in Richtung des Laserstrahles hintereinander angeordnet sind. Damit ist gewährleistet, daß die Feldlinien zumindest abschnittweise in Richtung oder in Gegenrichtung des Laserstahles verlaufen, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Erfassung und Ablenkung der Teilchen durch das elektrische Feld sehr hoch ist.

Die Elektroden können vorteilhaft auf einem gemeinsamen Träger aus elektrisch isolierendem Material, bevorzugt aus einem Kunststoff, angeordnet sein, wobei dieser Träger an der Kanalinnenwandung befestigt ist. Von den Elektroden können Anschlußdrähte durch die Kanalwandung nach außen geführt und dort an einem Stromversorgungsgerät angeschlossen sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß an die beiden Elektroden ein elektrisches Potential im Bereich vom 1,5 bis 12 kV angelegt ist. Bisher durchgeführte Versuche haben ergeben, daß insbesondere mit einem Spannungspotential bei 3 kV gute Ergebnisse erzielt werden können, was jedoch nicht ausschließt, daß hier auch andere Werte zur Anwendung kommen oder die angelegte Spannung während Behandlung auch variiert werden kann.

Den Anwendungsfällen angemessen sollte der innere Durchmesser der Elektroden im Bereich zwischen 9mm bis 30mm ausgeführt sein. Bevorzugt hat sich ein innerer Durchmesser von 25mm bewährt. Der in Richtung des Laserstrahles gemessene Abstand der Elektroden zueinander sollte nicht kleiner als 5mm und nicht größer als 15mm sein; bevorzugt beträgt dieser Abstand 7mm.

Im Rahmen der Erfindung liegt es weiterhin, daß Mittel zur Veränderung des zwischen den Elektroden ausgebildeten Spannungspotentials und damit zur Veränderung der Stärke des elektrischen Feldes vorhanden sind. Diese Mittel können in Form von Spannungsreglern ausgebildet sein, wie sie insbesondere für Hochspannungen aus dem Stand der Technik bekannt sind. Diese können zweckmäßigerweise in die an und für sich zu einer solchen Anordnung gehörende Bedieneinheit integriert sein. Die Veränderung des Spannungspotentials kann in üblicher Weise durch manuelle Verstellung eines Dreh- oder Schiebereglers oder gegebenenfalls auch durch ein entsprechend ausgebildetes Fußpedal vorgenommen werden.

Unter Umständen ist es sinnvoll, eine Ansteuerung vorzusehen, mit der es möglich ist, die Einstrahlung der Laserenergie in das Gewebe und das Anlegen des Spannungspotentials an die Elektroden unabhängig voneinander zu veranlassen oder auch, alternativ hierzu, die Zuschaltung des Spannungspotentials mit der Inbetriebnahme der Laserstrahlungsquelle bzw. bei Beginn der Einstrahlung auf das Gewebe zu veranlassen. Auch die Verwendung von Verzögerungsschaltungen ist vorstellbar, die beispielsweise dafür sorgen, daß innerhalb einer vorgegebenen Verzögerungszeit nach Zuschaltung der Hochspannung bzw. nach Ausbildung des elektrischen Feldes der Laser in Betrieb genommen bzw. der Weg der Laserstrahlung auf den Behandlungsort freigegeben wird.

Schließlich ist es weiterhin denkbar, zwischen Laserstrahl und Elektroden mindestens einen Filter anzuordnen, der dem Absetzen und/oder dem Aussondern der Abprodukte dient und der ohne Zuhilfenahme von Werkzeug manuell leicht auswechselbar ist. Damit erreicht man, daß die auszusondernden Teilchen sich nicht an den Elektroden absetzen, sondern vom Filter aufgefangen werden, der dann nach einer Behandlung oder einer vorgegebenen Anzahl von Behandlungen von der Anordnung entfernt und gereinigt werden kann.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine Ausgestaltung, bei der mehrere Elektroden auf ein und demselben Kreisumfang um den Laserstrahl herum angeordnet sind. Dabei bilden diese Elektroden Kreissegmente, an die (wiederum in unterschiedlichen Ausgestaltungen) jeweils gleiche oder auch unterschiedliche elektrische Potentiale gelegt sind. Dabei kann es unter Umständen vorteilhaft sein, an ein erstes der Segmente ein positives, an das nächste ein negatives, dann wieder ein positives Potential usw. anzulegen.

Auch mehrere dieser letztgenannten Elektrodenformationen in Richtung des Laserstrahles hintereinander angeordnet sind denkbar.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
l die prinzipielle Anordnung der Elektroden nahe dem Behandlungsort 2 eine erste Ausgestaltung unter Verwendung eines Kanals mit Mündungsöffnung
3 eine zweite Ausgestaltung unter Verwendung eines Kanals mit Mündungsöffnung und Absaugeinrichtung
In l ist ein Laserstrahl 1 dargestellt, der beispielhaft zum Zweck der photorefraktiven Keratektomie auf die Hornhaut 2 eines menschlichen Auges 3 gerichtet ist, wobei die Krümmung der Hornhaut 2 unter Einwirkung der Laserstrahlung gezielt durch abschnittweisen Materialabtrag korrigiert wird.
Aufgrund des Materialabtrages kommt es während der Behandlung zur Bildung von Rauchgas, und außerdem gehen von der behandelten Stelle auch die von der Hornhaut ablatierten Gewebeteilchen aus. Deren erfahrungsgemäße Bewegungsrichtung ist durch Pfeile 4 angedeutet.
Um zu verhindern, daß sich Rauchgase und Gewebepartikel unerwünscht lange in dem Querschnitt der Laserstrahlung aufhalten und dabei die in die Hornhaut 2 einzustrahlende Energiedichte beeinflussen, sind nahe dem Behandlungsort zwei die Laserstrahlung ringförmig umgreifende Elektroden 5 und 6 positioniert, an die das Potential einer 3kV-Hochspannung angelegt ist, so daß sich zwischen den beiden Elektroden 5 und 6 eine elektrisches Feld ausbildet.
Dieses Feld sorgt dafür, daß das Rauchgas bzw. die Rauchpartikel und die Gewebeteilchen aus ihrer ursprünglichen Bewegungsrichtung 4 abgelenkt werden und sich nunmehr in Richtungen bewegen, die mit den Richtungspfeilen 7 gekennzeichnet sind und die vom Laserstrahl 1 weggerichtet sind. Die ringförmige Ausführung der Elektroden führt dazu, daß die Bewegungsrichtung, welche die Teilchen nunmehr einnehmen, stets vom Zentrum der Laserstrahlung radial nach außen gerichtet ist.
Die Elektroden sind an einem gemeinsamen, aus Kunststoff gefertigten Träger 8 befestigt, der die beiden Elektroden elektrisch gegeneinander isoliert und der eine kreisrunde Innenfläche aufweist, an der die Elektroden 5, 6 befestigt sind. Durch den Träger 8 hindurch sind Anschlußdrähte 9 und 10 zu einer Spannungsversorgungseinrichtung geführt.
Der Träger 8 kann über eine manuell verstellbare ustiereinrichtung mit dem Gerätegestell verbunden sein oder, wie in 2 gezeigt, innerhalb eines Kanals 11 befestigt sein, der eine Mündungsöffnung 12 aufweist, die während der Behandlung über dem Auge 3 positioniert ist und durch die hindurch die Teilchen in den Kanal 11 hineinbefördert werden. Wie in 2 zu erkennen ist, ist der Laserstrahl 1 im Zentrum des Kanales 11 auf das Auge 3 gerichtet.
In einer weiterführenden Ausgestaltung, die in 3 dargestellt ist, ist der Kanal 11 mit einer Absaugeinrichtung verbunden. Diesbezüglich sind in der Innenwandung des Kanals 11 mehrere Absaugöffnungen 13 radialsymmetrisch um die Kanalmitte angeordnet und der Kanal 11 steht über einen Anschlußstutzen 14 mit einer Absaugeinrichtung in Verbindung, die einen Unterdruck erzeugt, infolge dessen Luft durch die Absaugöffnungen 13 hindurch aus dem Kanalinneren abgesaugt wird.
Die Folge ist ein druckausgleichender Luftstrom 15, der die von der Hornhaut 2 abladierten Teilchen erfaßt und in das Innere des Kanals 11 hineintransportiert. Im Kanalinneren führt der Luftstrom an den unter Hochspannung stehenden Elektroden 5, 6 vorüber, wodurch in der bereits oben dargestellten Weise dafür gesorgt wird, daß Rauchgas und Gewebeteilchen vom Zentrum des Kanals 11 bzw. vom Laserstrahl 1 radial nach außen abgelenkt werden und so mit hoher Sicherheit verhindert wird, daß diese die Strahlungsintensität nachteilig beeinflussen.

1: Laserstrahl
2: Hornhaut
3: Auge
4: Richtungspfeile
5, 6: Elektroden
7: Richtungspfeile
8: Träger
9, 10: Anschlußdrähte
11: Kanal
12: Mündungsöffnung
13: Absaugöffnungen
14: Stutzen
15: Luftstrom

Claims

Anordnung zur Ablation von biologischem Gewebe mit Hilfe eines Laserstrahls (1), die mit Mitteln zur Entfernung von Abprodukten, wie beispielsweise von Rauch und Gewebepartikeln, aus der Umgebung des Behandlungsortes ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß - mindestens zwei Elektroden (5,6) vorgesehen sind, zwischen denen aufgrund einer anliegenden elektrischen Spannung ein elektrisches Feld ausgebildet ist und - die Abprodukte der Wirkung des elektrischen Feldes ausgesetzt sind, wodurch ihre Bewegungsrichtung beeinflußt wird und die Abprodukte infolge dessen aus dem Bereich der Laserstrahlung entfernt werden.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß - ein röhrenförmiger Kanal (11) mit einer Mündungsöffnung (12) über dem Gewebe positioniert ist, durch welche hindurch sowohl der Laserstrahl (1) auf das Gewebe gerichtet ist als auch die Abprodukte in den Kanal (11) hineinbefördert werden und die Elektroden (5,6) im Kanalinneren nahe der Mündungsöffnung (12) angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Absaugung der Abprodukte vom Behandlungsort vorgesehen ist, wobei das Kanalinnere einem Luftunterdruck unterworfen ist und die Abprodukte mit dem druckausgleichenden Luftstrom (15) durch die Mündungsöffnung (12) in den Kanal (11) hineinbefördert werden.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei den Laserstrahl (1) ringförmig umgreifende Elektroden (5,6) vorgesehen sind, deren Durchmesser etwa gleich groß sind und die in Richtung des Laserstrahles (1) hintereinander angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (5,6) auf einem gemeinsamen Träger (8) aus elektrisch isolierendem Material, bevorzugt aus Kunststoff, angeordnet sind und dieser Träger (8) an einer der Kanalinnenwand befestigt ist.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden (5,6) ein Spannungspotential im Bereich von 1,5 bis 12 kV, bevorzugt 3 kV, ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Durchmesser der Elektroden (5,6) im Bereich von 9mm bis 30mm, bevorzugt 25mm, ausgeführt sind.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in Richtung des Laserstrahles (1) gemessene Abstand der Elektroden (5,6) zueinander 5mm bis 15mm, bevorzugt 7mm, beträgt.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Veränderung des zwischen den Elektroden (5,6) liegenden Spannungspotentiales und damit zur Veränderung der Stärke des elektrischen Feldes vorhanden sind.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Laserstrahl (1) und Elektroden (5,6) mindestens ein Filter angeordnet ist, der dem Absetzen und/oder der Aussonderung der Abprodukte dient und der ohne Zuhilfenahme von Werkzeug manuell auswechselbar ist.