DE2032394A1 - Laser Zusatzgerat fur chirurgische Zwecke - Google Patents

Laser Zusatzgerat fur chirurgische Zwecke

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DE2032394A1 DE19702032394 DE2032394A DE2032394A1 DE 2032394 A1 DE2032394 A1 DE 2032394A1 DE 19702032394 DE19702032394 DE 19702032394 DE 2032394 A DE2032394 A DE 2032394A DE 2032394 A1 DE2032394 A1 DE 2032394A1
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Description

Dr. phU. G. B. HAGEN
MÜNCHEN 71 (Solln)
Franz·Hals-Straße 21 .
Telefon 796213
AO 2731 München, 2y. Juni 1970
sch
American Optical Corporation 14 Mechanic Street Southbridge. Mass., Y.St.A.
Laser-Zusatzgerät für chirurgische Zwecke Priorität: 30. Juni 1969; Y.St.A.; Nr. 837 690
Es ist der Zweck des erfindungsgemäßen Gerätes, Energie von einem Laser auf verhältnismäßig unzugängliche Stellen zu richten, wobei gleichzeitig der Zielort beleuchtet wird und beobachtet werden kann» Insbesondere ist das Gerät so aufgebaut, daß der Strahl eines COp-lasers durch eine Metallröhre auf Stellen innerhalb des Körpers gerichtet wird und dadurch bestimmtes Gewebe der Laserstrahlung ausgesetzt wird für Aussohneidmngs- oder therapeutisch* Zwekke und ohne herkömmlich chirurgische Eingriffe.
Bei bekannten Verfahren war es notwendig, chirurgische Instrumente einzuführen, um Gewebe durch physischen Kontakt auszuschneiden, zu brennen, zu gefrieren oder auf andere Weise zu. vernichten. Bei diesen älteren Verfahren ergeben sich unerwünschte Blutungen, eine nur schlechte Kontrolle von Beschädigungen und eine schlechte oder überhaupt nicht vorhandene Realzeit-Sichtbarmachung undh-ausleuchtung.
Durch Verwendung des COg-Laserstrahls für chirurgische Zweck· wird der Vorteil ausgenutzt, daß es möglich ist, die.
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Bayaritdu Vmiubmüc Mfiiuftra 820983
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Anwendung von verhältnismäßig großen Dosen von Infrarotenergie auf scharf umgrenzte Stellen zu richten und dieselben zu steuern. Gleichzeitig ist es jedoch notwendig, die Beschränkungen von zur Zeit erhältlichen Materialien in bezug auf die folgenden Gesichtspunkte in Betracht zu ziehen: Es soll zur gleichen Zeit Strahlung von Wellenlängen zwischen etwa 0,4 bis 0,7 /U (sichtbar) und 10,6 /U (infrarot) übertragen werden, die hohe Leistung des Laserstrahls muß gesteuert werden, und das Gerät soll in einem Krankenhaus eine angemessene Lebensdauer haben. Um diesen einander widersprechenden Anforderungen gerecht zu werden, is'fes· notwendig, in dem Weg des Laserstrahls nur reflektierende optische Komponenten zu verwenden, wogegen zur Manipulation von sichtbarem Licht reflektierende und durchlässige Elemente verwendet werden können. Weiteres Material bezüglich der Anwendung eines Lasers für chirurgische Zwecke ist enthalten in dem "Journal of the Association for the Advancement of Medical Instrumentation". "Blood Vessel Anastomosis by Laser and Other Biomedical Applications" von William Z. Yahr und Kenneth J. Strully, September/Cktober 1966.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Endoskop-Gastroskop zu schaffen, das besonders geeignet ist zur Verwendung ait einem chirurgischen COp-Laser. < .
Ein chirurgisches COp-lÄser-Zusatzgerät kennzeichnet eich gemäß der Erfindung durch (a) eine pulsierende Quell· von COp-Laserenergie, (b) optische Wegmittel, die so angeordnet sind, daß sie die Laserenergie auf einen Zielpunkt richten, (c) optische Mittel zur Betrachtung des genannten Zielpunktes und (d) derart mit den optischen Yegaitteln und den optischen Betrachtungsmitteln verbundene Synchronisationsmittel, daß die optischen Mittel wirksam werden, wenn kein Laser- ' impuls auf den Zielpunkt gerichtet wird.
Veitere Merkmal« und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang: mit
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copy ?
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den.Figuren. Von den Figuren zeigen:
eine Reihe von schematischen Diagrammen, die den Spannungseingang und den COp-iaserausgang in einem chirurgischen GOg-Laser zeigen;
ein schematisches Schaltdiagramm der Energieschaltung für einen chirurgischen CC^
Figuren
bis 4
Figur 5
Figur 6 eine teilweise weggebrochene und teilweise
geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgeoäßen Laser-Endoskopvorrichtung;
Figur 6A eine schematische Darstellung der Vorrichtung von Figur 6, wobei einige Teile weggelassen sind, um das Zusammenwirken der Teile besser zu verdeutlichen;
Figur 7 eine Draufsicht auf einen in der Vorrichtung von Figur 6 verwendeten Lochscheibenunterbrecher;
Figur 7A eine Draufsicht auf die Unterbrecheranordnung mit dem Lochscheibenunterbrecher;
Figur 7B eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Anordnung 'gemäß Figur 7A;
Figur .8 eine teilweise geschnittene Seitenansicht, wobei einige Teile weggebrochen sind, einer -.·'." Gastroskopröhre für das erfindungsgemäße „,, =■-..,-.4 ■■ CO ο-Las er-Zusatz ge rät.
Die Figuren 5 bis 8 (nicht jedoch 6A) sind Reproduktionen von Teilen von Meßbildern, und es ist daher vergleichbare Elementengröße gezeigt. _ .
Bei dem CO2-Laser sind die genaue Dosierung der Strahlung und die Überwachung des Anwendungsbereiches auf biologisches Gewebe wesentliche Voraussetzungen. Außerdem ist es wünschenswert, daß das Instrument verhältnismäßig klein und höchst zuverlässig, jedoch einfach zu bedienen ist. Ein beispielsweiser Laser, der diesen Anforderungen entspricht und zur Zeit erhältlich ist, weist einen Vieltypen-Leiatungeausgang von etwa 75 W zu einem Manipulator auf und hat eine Nutzleistung von dem Manipulator von 50 ¥ in einem Vieltypenstrahl. Ein mit strömendem Gas arbeitendes System und eine Wechselstrom-Energiequelle werden für die Zwecke maxi-
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GOPV
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maler Zuverlässigkeit und Einfachheit verwendet. Die Hauptkomponenten sind die Gasentladungsröhre und ein optischer Hohlraum einer Länge von etwa 1,5 m. Die Anordnung ist verbunden mit den notwendigen Ventil-, Meß- und Pumpvorrichtungen und mit einem elektrischen System, das einen Hochspannungstransformator und Steuerschaltungen aufweist. Außerdem weist die Anordnung einen Zeitgeber und einen Laserstrahl-Manipulator auf. Der Strahlmanipulator verwendet durchweg reflektierende Spiegel für die Manipulation der Energieleistung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein derartiges kommerziell erhältliches Gerät. Es ^ ist ein Zusatzgerät, das dazu verwendet werden kann, den pulsierenden Laserstrahl von einer derartigen Laseranordnung zu entfernten Stellen, die durch Körperöffnungen zugänglich sind, zu führen. Bei einer Ausführungsform ist es ein Endoskop. Ein Endoskop ist ein Instrument zur Sichtbarmachung des Inneren eines hohlen Organs, z.B. des Rektums oder der Speiseröhre. Bei einer anderen Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Gerät als Gastroskop verwendet werden. Ein Gastroskop ist ein Instrument .zur Sichtbarmachung des Inneren des Magens·
Das Endoskop gemäß der Erfindung ist ein Zeitteilergerät, das den Vorteil ausnutzt, daß die Infrarotenergie von einem φ GOp-Laser mit einer Wechselstromquelle pulsierend 1st und tatsächlich als eine Reihe von Pulsen emittiert wird, die beispielsweise mit einer Frequenz auftreten, die dem Doppelten einer herkömmlicnen 60 Hz-Energiequelle entspricht. (Es ist jedoch zu beachten, daß sowohl schnellere als auch langsamere Frequenzen innerhalb eines verhältnismäßig weiten Bereiches ebenfalls nützlich sind. Vorzugsweise sollte die Frequenz natürlich nicht so langsam sein, daß sie ein Flimmern aus dem vom Chirurgen beobachteten Bereich bewirkt). .Zu beachten sind hler die figuren 1 bis 5 und insbesondere 1 bis 4, in denen der Verlauf der Quellenspannung, der Laserspannung, des Laserströmeβ und der Laeernutaleistung gegen Zeit aufgetragen sind. Es wird hingewiesen auf die
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Pause oder die freie Zeit zwischen benachbarten Energiepulsen von dem Laser. Kurze Perioden der Ausleuchtung und Betrachtung durch den Chirurgen sind zeitlich' so bemessen, daß sie zwischen den Pulsen der laserenergie auftreten, und aufgrund der Wiederholungsrate von 120 Hz erscheinen dem Auge alle visuellen Erscheinungen kontinuierlich und gleichzeitig. Die Zeitteilung ermöglicht es, daß die Sehlinie, das beleuchtende Licht und der Laserstrahl einem gemeinsamen Weg folgen und eine einzige Röhre entlang abwärts auf einen Zfelort gerichtet werden. .
Die Hauptkomponenten des Endoskops sind in Figur 6 gezeigt. Das System weist ein äußeres Gehäuse 10 auf mit einer herkömmlichen mikroskopartigen Beleuchteranordnung 11 am oberen Ende und mit einer Sonde oder Eöhre 12 am unteren Ende, die optisch ausgerichtet ist mit einem Beobachtungsfenster 13 und einem geeigneten Okular 14. Der Beleuchtungsanordnung 11 benachbart ist eine Röhre 15 angeordnet zur Verbindung mit einem Manipulatorarm eines GOp-Lasers, wie er bei 9 in Figur 5 gezeigt ist. Am Boden der Röhre 15 befindet sich in einer geeigneten Befestigung 16 eine Linse 17.
In dem Weg des Läserausganges ist eine Anordnung 20 vorgesehen, die einen reflektierenden Lochscheibenunterbrecher und einen Synchronmotor aufweist. Diese Anordnung ist so angebracht, daß sie die Unterbrecherscheibe 21 synchron mit dem Ausgang des Lasers dreht.
Optisch ausgerichtet mit dem Fenster 13 und der Mittelachse der Rohre 12 ist ein herkömmlicher Strahlteiler 22 angeordnet. Der unterbrecher 21 mit dem ihm zugeordneten Motor und der Befestigungsanordnung ist einstellbar, z.B. durch Ausfahren und Zurückziehen der den Daumenschrauben 23 und 24 zugeordneten Wellen, um eine Ausrichtung sicherzustellen. Eine dritte derartige Schraube (nicht gezeigt) befindet sich auf der anderen Seite der Anordnung.
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Im Betrieb wird jeder Laser-Energieimpuls von einem reflektierenden Abschnitt des Lochscheibenunterbrechers abgefangen, welcher synchron in dem Weg des Impulses rotiert. Durch diese Reflexion ergibt sich im wesentlichen kein Energieverlust. Auf diese Weise wird die Energie von dem Lochscheibenunterbrecher die Röhre 12 hinab reflektiert. Die infolge der Unterbrechung doch auftretenden Verluste ergeben sich nur im Weg des sichtbaren Lichtes und können leicht kompensiert werden durch Verwendung von intensivem Licht. Der praktische Zweck der Linse 17 ist es, Energie nahe dem distalen Ende der Röhre 12 zu fokussieren. Eine äußere Luftzuführung ist durch die Röhre 30 zum Gehäuse und von da die Röhre 12 hinab gerichtet, um den Arbeitsort von Rauch zu reinigen. Ein O-Ring 29 dichtet die öffnung ab, durch welche sich die Illuminatoranordnung 11 erstreckt.
In den Figuren 7A und 7.B ist die Anordnung 20, umfassend den reflektierenden Lochscheibenunterbrecher und den Synchronmotor, im einzelnen gezeigt. Die Scheibe 21 ist auf einer Spindel 40 befestigt, die eine zentrale Welle 41 aufweist, welche in von Wänden 33 und 34 getragenen Lagern 32A und 32B drehbar gelagert ist. Die Scheibe ist mittels Schrauben 51 auf der Spindel 40 befestigt. Der Umfang der Spindel ist verzahnt und so ausgebildet, daß die Spindel in das Zahnrad 42 eingreift und von diesem angetrieben wird. Das Zahnrad 42 ist auf einer Welle 43 angeordnet, die durch den Elektromotor 44 angetrieben wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Motor der Firma Barber-Colman, Modell KYAJ 622-328, verwendet.
Die Anordnung der Figuren 7A und 7B weist eine Seitenwandplatte 45 auf, an welcher die Wände 33 und 34 befestigt sind und gegen deren Hinterkante das distale Ende, der durch die Daumenschraube 24 gedrehten Gewindewelle wirkt. Diese Seitenwandplatte 45 ist auch in Figur 6 zu sehen, in. Geeignete Be«; festigungsschrauben halten die Wandteile zusammen,, Es ist
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zu beachten, daß ein Abschnitt der-Wandplatte 45 bei 47 eingekerbt ist und gegen das öistale Ende der Welle 48, die durch die Daumenschraube 23 gedreht wird, gedrückt wird. Es· ist eine vergleichbare Anordnung (nicht gezeigt) vorhanden, die gegen eine Kerbe in der Wand 34 wirkt. Die Unterbiecheranordnung 20 ist gegen die Wirkung der Daumenschrauben 23 und 24 durch Federn 49 und 50 in herkömmlicher Weise vorgespannt.
Im Betrieb (es wird auf Figur 6A Bezug genommen) beleuchtet der Hikroskopillurninator 11 mittels des Strahlenteiler 22 den Zielpunkt X für den Betrachter 60. Jedesmal, wenn der Laeerausgang durch'die reflektierenden Abschnitte der Scheibe 21 gegen das Ziel gerichtet wird, wird der optische Weg des Betrachters Viie bei einem Stroboskop versperrt.
In Figur 8 sind Mittel gezeigt, um das Endoskop dadurch in ein Gastroskop umzuwandeln, da3 die Endoskopsonde oder -röhre 12 durch eine längere und mehr spezielle Anordnung ersetzt wird. Zum Gebrauch der Anordnung von Figur 8 werden durch Entfernen der Schrauben 71 die Armatur 70 und die Röhre 12 von dem Gehäuse 10 entfernt. Ein Auswechsel- oder Befestigungselement 72 wird an dem Gehäuse angebracht. Das Befestigungselement 72 weist einen sich nach außen erstreckenden, im Querschnitt zylindrischen Ansatz 73 auf. Ein Paar konzentrische Röhren 80 und 81 sind auf dem Ansatz 73 befestigt. Die Rohre 61 ist so angeordnet, daß sie sich relativ zur Röhre 80 bewegt und periodisch einen Spiegel freigibt. Sin O-Ring63, der in einer geeigneten Nut am Umfang der Röhre 31 befestigt ist, ist so angeordnet, daß er den Spiegel abdichtet, wenn die Röhre 80 nach vorne über den Q-Ring teleskopartig ausgefahren wird. Das distale Ende der Röhre 81 weist einen glatten, in etwa konischen Abschnitt 84auf zur Erleichterung der Einführung in den zu untersuchenden Körperinnenraum.
. TJa das andere Ende der Röhre 80 herum ist das zylindrische . Gehäuse 85 durch Aufpressen oder ähnliches angeordnet. Das
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Gehäuse 85 weist einen länglichen Schlitz bzw. eine Öffnung 86 auf, welche durch einen oberen Abschnitt des Gehäuses vorgesehen ist, um einen Zugang zu der Zahnetange β? su «chaff«η. Si« Zahnstange 87 tefindet eich in betriebsfähige« Eingriff Mit dem Ritzel 68. Das Kitzel 88 wird in einer Klammer 89 gehalten, die en Umfang dee Gehäuses 85 befestigt ist. Durch geeignete Manipulation der Daumenschraube 90 ist es daher möglich, die' äußere Röhre 80 auszufahren und zurückzuziehen, wodurch das Ende des Gastroskops freigegeben und verschlossen wird. Außerdem ist ein Dichtungsring 93 aus Silikongummi vorgesehen, der eine Dichtung zwischen den Teilen 73 und 85 bildet, um einen Verlust von Druckluft beim Zurückziehen der Röhre 80 zu vermeiden. Ein C-förmiger metallischer Haltering 91 ist um den rohrförmigen Teil 95A in einer Ringnut im distalen Ende der Röhre angeordnet, um diese Teile in ihrer Stellung zu halten.
Außerdem ist es wünschenswert, Mittel vorzusehen für die Drehung der inneren Röhre 81 um ihre Mittelachse«. Zu diesem Zweck wird ein Kegelrad 95 fest auf einem rohrförmigen Teil 95A getragen, welcher da, wo die Röhre 81 in das Gehäuse 10 eintritt, am Ende der Röhre 81 angeordnet ist, und die Teile S;5A und 81 sind starr befestigt, so daß sie sich zusammen mit dem Kegelrad 95 drehen. Ein weiteres passendes Kegelrad ist auf einer einstellbaren Welle, die sich durch eine Wand des Gehäuses 10 erstreckt, befestigt. Zum Zweck der Einfachheit der Zeichnungen wurde dieses Kegelrad aus der Figur 6 weggelassen.
Im Betrieb reflektiert der Spiegel 82 einen defokussierten Laserstrahl auf einen Zielpunkt. Das der inneren Röhre zugeordnete Zahnradgetriebe gestattet es einer Bedienungsperson, den Strahl zu manipulieren, während die Bedienungsperson z.B. die Magenschleimhaut gleichzeitig betrachtet und ausleuchtet. Die äußere Röhre stützt die innere Bohre und wirkt als zurückziehbarer Mantel, der den Spiegel bedeckt, während das Gastroskop die Speiseröhre hinabgeführt
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wird. Die vorher im Zusammenhang mit dem Endoskop erwähnte Druckluft wird in diesem Fall dazu verwendet, den Magen auszuweiten und dadurch die Bedingungen zur Gewebeausleucht.ung in optimaler Weise zu verbessern. "Eine aufblasbare Gummimanschette, die eine chirurgische Standardvorrichtung ist, kann über die äußere Röhre geschoben werden, um den Verlust von Druckluft durch die Speiseröhre klein zu halten.
Modelle dieses Endos-kops bzw. ffastroskops wurden erfolgreich bei Tierexperimenten dazu benutzt, die Stimmbänder von Hunden und das Innere des Hundemagens auszuleuchten. Eine genaue Dosierung der Laserstrahlung wurde infolge der Beleuchtung und gleichzeitigen Sichtbarmachung leicht erreicht.
Patentansprüche
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Claims (1)

  1. Pat entansprüche
    ( !.^/Chirurgisches COp-Laser-Zusatzgerät, £ e k e η η - ■ zeichnet durch
    (a) eine pulsierende Quelle von COp-Lanerenergie,
    (b) optische Wegmittel, die so ang'eordnet sind, daß sie die Laserenergie auf einen Zielpunkt richten,
    (c) optische Mittel zur Betrachtung des genannten Zielpunktes und
    (d) derart mit den optischen Wegmitteln und den optischen Betrachtungsmitteln verbundene Synchronisationsmittel, daß die optischen Mittel wirksam werden, wenn kein Laserimpuls auf den Zielpunkt gerichtet wird,
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g. e kennzeichnet, daß dap 3ynchronisationsmittel eine gelochte drehbare Scheibe (21) ist.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g: e ~ kennzeichnet, daß die optischen Wegmittel zwei rohrförmige Elemente (12, 15) aufweisen? die gegeneinander unter einem Winkel in einem gemeinsamen Gehäuse (10) ange«· ordnet sind, wobei in dem Gehäuse (10) Reflexipnsmittel an^ geordnet sind, die von einem rohrförmigen Element emittier·- te pulsierende Energie durek das andere rohrförmige Element und somit auf den■Zielpunkt(i)richten, und daß die optischen Mittel (13, 14) so angeordnet sin4, daß der Zielpwnkt (X) durch, das andere rohrförmige Element (12) zw-isenen Energie« impuJ-sen betrachtet werden kann*
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsmittel (21) die optischen Mittel (13, 14) unwirksam macht, wänrend die Energieimpulse auf den Zielpunkt (X) gerichtet werden«
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    BAD ORIGINAL
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    ί>. Yorrichtung naoh Anspruch 3» dadurch g e k ι & a ζ ti cn η · t f daß das ander· rohrförmig« Element (12) ein Endoskop ist.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß da« andere rohrförmig« Element (81) ein Gaetroskop ist*
    7. Vorrichtung neon Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das andere rohrförmige. Element (81) an seinem distalen Ende einen Spiegel (82) aufweist, der so angeordnet ist, daß er die pulsierende Energie relativ zu der Achse des anderen rohrförmigen Elements unter einem Winkel reflektiert. ·
    8. Yorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, aaß das andere rohrförmige Element Kittel (y5, ?5Α) aufweist, um den Spiegel (82) um seine Rotationsachse zu drehen.
    9. Yorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e ke η η ζ ei c hne t, deß cie pulsierende Laser-Energiequelle ein CO^-Laser ist, dem durch eine Wechselstromquelle Energie zugeführt wird, und daß die Laser-Energiepulse eine Wiederholungsrate haben, die der zweifachen Frequenz der Energiequelle entspricht.
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    ORIGINAL INSPECTED
    Leerseite
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