DE2511248A1 - Endoskopisch-chirurgisches laser- system - Google Patents

Endoskopisch-chirurgisches laser- system

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DE2511248A1 DE19752511248 DE2511248A DE2511248A1 DE 2511248 A1 DE2511248 A1 DE 2511248A1 DE 19752511248 DE19752511248 DE 19752511248 DE 2511248 A DE2511248 A DE 2511248A DE 2511248 A1 DE2511248 A1 DE 2511248A1
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Description

PATENTANWALT „., BERUN „
MANFREDMIEHE falkenr.ed 4 χυ· '
Telefon: (030) 8 3119 50
Diplom-Chemiker Telegramme: INDUSPROP BERLIN
Telex: 0185443
US/02/2211 AO-2836
AMERICAN OPTICAL CORPORATION Southbridge, Mass. 01550, USA
Endoskopisch-chirurgisches Laser-System
Es wird ein chirurgisches Laser-System zum Durchführen chirurgischer Operationen an einem Patienten geschaffen. Das System weist einen Laser auf, der ein kontinuierlicher Wellenlaser sein kann, der gegebenenfalls kontinuierlich mit Energie gespeist werden kann, sowie eine Anordnung für das kontinuierliche Beleuchten der Arbeitsstelle (Patientengewebe). Es wird weiterhin eine Anordnung für die gleichzeitige Beobachtung der Arbeitsstelle und Aussetzen derselben gegenüber der Einwirkung des Laserstrahl geschaffen. Weiterhin führt die Anwendung eines lichtdurchlässigen Belages zu einer schützenden physikalischen Barriere zwischen der Atmosphäre, wie sie an der chirurgischen Arbeitsstelle (Feuchtigkeit, Schleim) vorliegt und der kostspieligen optischen Anordnung einschließlich eines Strahlenspalters, der in dem Endoskop Anwendung findet.
Die Erfindung betrifft allgemein ein chirurgisches Laser-System und insbesondere eine Anordnung für die Abgabe der Laserenergie an eine chirurgische Arbeitsstelle und gleichzeitige sichtbare Beleuchtung derselben.
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Ein Zweck der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, kontinuierlich Energie von einem Laser an relativ unzugängliche Stellen abzugeben und gegebenenfalls gleichzeitig die Zielstelle zu beobachten und kontinuierlich zu beleuchten. Insbesondere ist vorgesehen, einen 10,6 Mikron Wellenlängenstrahl eines CO^-Lasers längs eines Metallrohres im Inneren des Körpers zu führen, um somit ausgewähltes Gewebe der Laserstrahlung auszusetzen zwecks Herausschneiden desselben, oder für therapeutische Zwecke, und zwar gegebenenfalls zusammen mit herkömmlichen chirurgischen Maßnahmen.
Der Erfindungsgegenstand stellt eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik nach der US-PS 3 659 613 dar. In den Seichnungen und insbesondere den Figuren 6a und 7 dieser Vorveröffentlichung ist eine verwickelte mechanische Anordnung für die Steuerung des sich wechselseitig ausschließenden Arbeitens des Lasers und der Beleuchtungsanordnung für die Arbeitsstelle offenbart. Weiterhin wird dort nicht eine Anordnung für den Schutz gegen unerwünschte Feuchtigkeit bezüglich der sehr wichtigen optischen Elemente des Endoskopes beschrieben.
Verfahren nach einem vor der US-PS 3 659 613 liegenden Stand der Technik bedingten das Einführen chirurgischer Instrumente für ein Schneiden, Brennen, Gefrieren oder andersartiger Zerstörung von Gewebe vermittels physikalischer Berührung. Diese älteren Verfahren bedingen ein unzweckmäßiges Bluten und mangelhafte Kontrolle bezüglich Gewebeschädigungen.
Durch das Anwenden des CO^-Laserstrahls für die Chirurgie macht man sich die Fähigkeit zunutze, die Beaufschlagung relativ großer Dosen von Infrarotenergie auf scharf definierte Stellen zu richten und zu steuern. Gleichzeitig wird es jedoch erforderlich die Einschränkungen der derzeitig zur Verfügung stehenden Materialien zu berücksichtigen, die dahin gehen
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gleichzeitig eine Strahlung mit Xtfellenlängen von etwa 0,4 bis 0,7 Mirkon (sichtbar) und 10,6 Mikron (infrarot) zu übertragen, die hohe Energie des CO^-Laserstrahls praktisch ohne irgendwelchen Verlust der Laserenergie zu handhaben, sowie weiterhin unter Krankenhausbedingungen eine entsprechende Lebensdauer zu besitzen. Um diese einander widersprechenden Erfordernisse zu erfüllen, ist es im wesentlichen erforderlich den Laufweg des CO2-Laserstrahls und denjenigen des sichtbaren Lichtes entweder zeitlich oder räumlich zu trennen. Nach der US-PS 3 659 613 wird eine zeitliche Trennung angewandt, während der vorliegende Erfindungsgegenstand dahingehend arbeitet, daß die Laufwege des CO2-Laserstrahls und des sichtbaren Strahls um Raum getrennt werden.
Typische Vorteile des Anwendens von Kohlendioxid- oder anderen im weiten Infrarotbereich arbeitenden Lasern für eine Anzahl chirurgischer Anwendungen bestehen darin, daß kein Bluten auftritt, eine genaue Steuerung der Gewebeentfernung und verbessertes Heilen erreicht werden. Ein C0~-Laser weist zusätzlich zu der hohen abgegebenen Leistung auch den Vorteil auf, daß praktisch seine gesamte Strahlung bei 10,6 Mikron durch die Körpergewebe absorbiert wird,und dies ist ein Zustand, der dann nicht erreicht wird, wenn eine Laserenergie von anderen Quellen wie einem Rubinlaser, z.B. bei 6 943 Millimikron angewandt wird. Weitere Einzelheiten bezüglich der Vorteile dieser Art an Chirurgie, insbesondere bezüglich relativ nicht zugänglicher Körperteile, wie der Kehlkopf und die Bronchen finden sich in der Veröffentlichung "Laser Surgery in the Aerodigestive Tract" von M. Stuart Strong, M.D. Geza J. Jako, M.D, Thomas Polanyi, Ph.D. und Robert A. Wallace B.S.E.E., The American Journal of Surgery, 126, 529-533, Oktober 1973.
Es gibt jedoch Probleme bezüglich dieses Standes der Technik der chirurgischen Lasertechnologie. Wenn auch der Stand der Technik nach der US-PS 3 659 613 z.B. identische Laufwege für den Laserstrahl und das sichtbare Licht offenbart, ist doch
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eine Zeitverlagerung erforderlich, die durch sich bewegende mechanische Teile gesteuert wird. Die Ausrichtung, die Stabilität, die Wiederholbarkeit und weitere die Leistungsfähigkeit des gesamten Systems beeinflussende Faktoren werden durch sich bewegende Teile nachteilig beeinflußt. Weiterhin konnte nach dem Stand der Technik lediglich eine pulsierende Laserenergie unter Erzielen eines hohen Wirkungsgrades der Beaufschlagung derselben angewandt werden. Im Gegensatz hierzu ermöglicht der Erfindungsgegenstand einen Betrieb des Lasers mit Nullfrequenz (.D.C.) sowie mit jeder anderen zweckmäßigen praktischen Arbeitsfrequenz. Es liegen auch weitere noch zu beschreibende Vorteile vor, die mit dem Erfindungsgegenstand verknüpft sind.
Erfindungsgemäß wird somit eine technische Lösung für diese mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme wenigstens wegen der Gründe geschaffen, daß keine sich bewegenden mechanischen Teile erforderlich sind, die Arbeitsstelle kontinuierlich dem Laserstrahl unter gleichzeitiger Beobachtung der Arbeitsstelle ausgesetzt werden kann.
Erfindungsgemäß wird ein endoskopisch-chirurgisches Lasersystem geschaffen. Das System weist einen Laser, vorzugsweise einen CO2~Laser auf, der kontinuierlich mit Energie gespeist wird, um so gegebenenfalls einen gleichbleibenden Laserstrahl mit steuerbarer Intensität zu ergeben. Der Laserstrahl ist einer endoskopischen Vorrichtung oder Zusatzanordnung zugeordnet, die den Strahl optisch verarbeitet und den Strahl dergestalt abgibt, daß chirurgische Arbeiten mit demselben zur Durchführung gebracht werden können. Es wird weiterhin eine fiberoptische Anordnung angewandt, die kontinuierlich die Arbeitsstelle beleuchtet, auf die gleichzeitig durch den Laserstrahl chirurgisch eingewirkt wird. Das von der Arbeitsstelle reflektierte sichtbare Licht wird durch das hohle Rohr des Endoskops auf ein Okular übertragen, so daß ein Beobachter oder der Chirurg während der Durchführung der Operation dieselbe beob-
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achten und steuern kann.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal bezieht sich auf eine Belagbarriere zum Schützen der empfindlichen optischen Vorrichtung im Inneren des Endoskopes oder der Zusatzanordnung, indem Flüssigkeiten, wie Blut, Schleim und Wasserdampf daran gehindert werden, von der chirurgischen Arbeitsstelle zu den optischen Teilen zu fließen. Der Belag überträgt sowohl den Laserstrahl als auch das sichtbare Licht, verhindert jedoch einen Feuchtigkeitsfluß durch denselben.
Es ist somit vorteilhaft, den Erfindungsgegenstand anzuwenden, da sich in der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine beweglichen Teile finden; die sich bewegenden Teile sind nach dem Stand der Technik für die Zeitverlagerung eines praktisch identischen Laufweges für den Laserstrahl und das sichtbare Licht erforderlich gewesen. Erfindungsgemäß wird ebenfalls die volle Laserenergie an die Operationsstelle abgegeben unabhängig davon, ob der Laser in einer DC-Mode oder bei 120 Hz oder bei anderen entsprechenden Energiefrequenzen arbeitet. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Vorrichtung arteigen klein und leichter, da kein Erfordernis für einen den Maskenspiegel antreibenden Motor vorliegt, wie dies nach dem Stand der Technik gemäß der US-PS 3 659 613 der Fall ist. Weiterhin werden viele übliche Verfahrensweisen für das Einführen und Entfernen eines spezifisch spezialisierten Endoskopes durch die Anwendung des Erfindungsgegenstandes nicht geändert oder sonst beeinflußt. Das Laserzubehör kann an dem Endoskop befestigt werden, nachdem der Chirurg einen zufriedenstellenden Überblick über die Arbeitsstelle besitzt und kann von demselben entfernt werden, bevor das Endoskop aus dem Körper entfernt wird.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, ein verbessertes endoskopisch-chirurgisches Lasersystem zu schaffen.
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Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Kohlendioxid-(CO-) Laser in Form eines Zubehörteils für chirurgische Anwendungen zu schaffen, wobei die Erregung des kontinuierlichen Wellenlasers und Beleuchtugg der Arbeitsstelle gemeinsam gleichzeitig und kontinuierlich zur Ausführung kommen.
Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Anordnung für die Abgabe der Energie von einera kontinuierlichen Wellen-CO.,- oder anderem Infrarotlaser durch ein langes, schmales, mit einem starren Rohr arbeitenden Endoskops zu schaffen, wobei es sich typischer Weise um ein Bronchoskop oder Sigmoidoskop handelt, sowie dafür zu sorgen, daß die Arbeitsstelle kontinuierlich der Einwirkung des Laserstrahls ausgesetzt wird und gleichzeitig die Arbeitsstelle zu beobachten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung istin den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm - einer beispielsweisen erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 2 bestimmte Einzelheiten nach der Figur 1.
Gemäß Figur 1 wird ein Laser 10, der in typischer Weise ein 602~Laser ist und Laserenergie bei 10,6 Mikron Wellenlänge abgibt, vermittels der Energiezuführung 15 über die elektrische Kabelverbindung 27 mit Energie gespeist. Die Energiezuführung 15 kann eine Gleichstrom- oder Wechselstromquelle sein, da der Erfindungsgegenstand sowohl mit einer kontinuierlichen Laserstrahlenergie als auch mit pulsierender Laserstrahlenergie arbeiten kann. Der Laserstrahl 20 ist hier so wiedergegeben, daß derselbe zunächst an einem Spiegel 19 reflektiert wird, der im Inneren des gelenkigen Arms 11 vorliegt. Es versteht sich, daß das hier als gelenkiger Arm 11 in der Figur 1 schematisch wiedergegebene Teil diagrammförmig bezüglich eines beliebigen
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gelenkigen Arms zu verstehen ist (derselbe weist mehrere Spiegel, gegebenenfalls bis zu 7 Spiegeln auf, die das Licht des Laserstrahls von Eingang bis zum Ausgang desselben reflektieren) . Bei einem gelenkigen Arm werden nacheinander reflektierende Spiegel angewandt, die so angeordnet sind, daß der von dem letzten Spiegel reflektierte Lichtstrahl in eine bestimmte gewünschte Richtung gerichtet werden kann. Da ein gelenkiger Arm auf dem einschlägigen Gebiet zum Stand der Technik gehört, ist es hier nicht erforderlich denselben bezüglich der Arbeitsweise und Bauart zu erläutern. Es ist ausreichend festzustellen, daß der Laserstrahl 20 in den gelenkigen Arm 11 eintritt, und der Spiegel 19 soll hier eine Reihe Spiegel wiedergeben, die schließlich den Strahl aus dem Arm abgeben, wobei in dem vorliegenden Fall der Strahl in die Endoskopanrodnung 12 abgegeben wird. Die Endoskopanordnung 12 ist in ähnlicher Weise wie nach der US-PS 3 659 613 aufgebaut. Die Linse 31 gibt die erforderlichen optischen Mittel für die Aufnahme des Laserstrahls 20 an dem Eingang der Anordnung 12 und für die Übertragung des Strahls 20 auf den Spiegel 21 wieder, der praktisch vollständig reflektierend ist. Unter praktisch vollständig reflektierend ist zu verstehen, daß der Spiegel 21 so ausgebildet wird, daß derselbe die Charakteristika aufweist, die erforderlich sind um praktisch die gesamte elektromagnetische Energie zu reflektieren, die hierauf in dem 10,6 Mikron Wellenlängengebiet einfällt. Man läßt den praktiscn vollständig reflektierten Strahl 22 auf den Strahlenspalter 23 auffallen und derselbe wird sowohl hierdurch als auch durch den Belag 32 übertragen, (ein Belag ist hier als ein optisches Element zu verstehen, das die Eigenschaften aufweist bezüglich seiner Dicke extrem klein zu sein, wodurch sich bestimmte angestrebte Durchlässigkeitseigenschaften bezüglich eines speziellen Bereiches der angewandten Wellenlängen ergibt). Die Zusammensetzung des erfindungsgemäß angewandten Belages besteht aus einer Kombination aus Polyäthylen und Azetat und ist handelsgängig als sogenannter
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"Stop & Shop Clear Plastic Wrap" (eine Kunststoffolie). (Derselbe ist physikalisch ähnlich, jedoch optisch nicht äquivalent den anderen handelsgängigen Einschlagmaterialien). Die Kosten des Belages sind geringfügig, bei einer Beschädigung oder ansonsten Ungeeignetheit für den vorgesehenen Zweck läßt sich derselbe leicht entfernen und ersetzen. Die Menge an Azetat in dem erfindungsgemäßen Belag beläuft sich auf einen geringen Betrag, wahrscheinlich auf 0 bis 5% und wird dazu angewandt, das Einschlagmaterial mechanisch fester zu machen. Es können auch möglicherweise andere chemische Zusammensetzungen einschließlich überzogener Fenster mit einer Zusammensetzung aus NaCl oder KCl angewandt werden, wenn auch das hier gewählte Einschlagmaterial scheinbar bessere Ergebnisse gibt.
Der Strahl 22 trifft durch den Belag 32 hindurch, der bei 10,6 Mikron (und auch bei den Wellenlängen des siehtbaren Lichtes) durchlässig ist und der Strahl fällt sodann auf das Patientengewebe oder die Arbeitsstelle 30. An dem Punkt des Auftreffens des Laserstrahls kann sodann die gewünschte chirurgische Arbeit durchgeführt werden. Die Intensität des Laserstrahls wird durch Einstellen bestimmter Ausgangsleistungen der Energiequelle 15 gesteuert und das Auftreffen des Laserstrahls wird durch manuelle Einstellung von Einstellschrauben 50, 51 und 52 durch den betreffenden Chirurgen oder Bedienungsperson gesteuert. Die Einstellschrauben ermöglichen ein Orientieren des Spiegels 21 in den gewünschten senkrechten und waagerechten Richtungen, wodurch der Strahl 22 in der gewünschten Weise zum Auftreffen gebracht wird.
Die in der Endoskopanordnung 12 angewandten optischen Elemente müssen stets frei von Fremdstoffen gehalten werden, um so eine gute Beobachtung der Operationsstelle zu ermöglichen und eine Energieabsorption des Laserstrahls zu verhindern, die ansonsten zu einer Beschädigung oder Zerstörung der optischen Elemente führen würde. Dies stellt eine besonders schwierige Aufgabe im Hinblick auf die Tatsache dar, daß z.B. bei
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bronchoskopischer Anwendung der Fluß der Atemgase, die bei Körpertemperatur mit Wasserdampf gesättigt sind, sehr eng benachbart zu dem optischen Strahlenspalter 23 nach Figur 1 erfolgt. Noch schlimmer als Wasserdampfwirkungen sind jedoch die Wirkungen von Schleimteilchen, die durch den wechselseitigen Fluß der Atemgase transportiert werden. Um dieses Problem zu überwinden, wird somit der Belag 32, dergegenüber Laserstrahlung und sichtbarem Licht durchlässig ist, zwischen dem Laserendoskop oder der Auslaßanordnung 16 und der Endoskopanordnung 12 angeordnet und, wie weiter unten beschrieben, mit Luft gekühlt.
Das Luftgebläse 17 wird von der Luftquelle 15 über Leitungen 28 betrieben. Das Luftgebläse 17 steht in Arbeitsverbindung mit dem Rohr 18, wodurch es möglich wird einen Luftstrahl strategisch direkt auf den Belag 32 dergestalt zu richten, daß sich ein Kühlen des Belages ergibt unter Aufrechterhalten der angestrebten optischen Eigenschaften und Verdampfen der Flüssigkeiten von der oberfläche des Belages. Das Gebläse kann so angeordnet sein, daß dasselbe physikalisch nicht an der Endoskopanordnung befestigt ist und herkömmlichen Aufbau zeigen. Eine weitere ins Einzelne gehende Beschreibung ist zum Verständnis der Erfindung hier nicht erforderlich.
Es sind Fiberoptiken 26 und eine Beleuchtungsanordnung 26' so angeordnet, daß sich eine Lichtbeleuchtung längs der Fasern ergibt, die im Inneren der Wände des Bronchoskops oder Endoskops oder der Strahlenauslaßanordnung 16 vorliegen. Unter Bezugnahme auf die Figur 2 sind die Fasern 40 dort in weggebrochener Weise bezüglich eines Bronchoskops 16 gezeigt. Eine weitere ins Einzelne gehende Beschreibung dieser-Art der Anordnung von Faseroptiken findet sich in der US-PS 3 496 931. Die durch die Lampe 26' bedingte Beleuchtung, wobei die LaMpe durch die Energiequelle 15 über Leitungen 29. mit Strom ver-
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sorgt wird, wird durch die Fasern 40 in Richtung auf die Probe oder Arbeitsstelle 30 übertragen. Das auf die Arbeitsstelle 30 auftreffende sichtbare Licht 24 ist das Licht, das die Arbeitsstelle erleuchtet. Das reflektierte sichtbare Licht 24' wird durch das hohle Rohr des Endoskops 26, durch den Belag 32 zu dem Strahlenspalter 23 zurück übertragen. Das reflektierte sichtbare Licht wird von dem Strahlenspalter23, wie in der Figur 1 gezeigt, reflektiert und auf den Spiegel 25 gerichtet. Das reflektierte sichtbare Licht 24' wird wiederum von dem Spiegel 25 aus reflektiert, der das reflektierte sichtbare Licht zu dem Okular 13 führt, durch das der Beobachter 14 den chirurgischen Vorgang beobachtet, der an der Probe oder dem Gewebe 30 zur Ausführung kommt.
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Claims (6)

  1. Patentansprüche
    Endoskopisch-chirurgisches Laser-System, gekennzeichnet durch die folgende Kombination: eine Laservorrichtung (10), eine Anordnung (15) für die Energiezuführung zu der Laservorrichtung (10) unter Ausbilden eines Laserstrahls (20,22) , eine Endoskopanordnung (16) , eine Anordnung (19,21) für das Beaufschlagen des Strahls (20,22) auf die Endoskppanordnung (16) , ein Endoskop (16) für die Überführung des Strahls und zur Durchführung chirurgischer Arbeiten mit demselben, eine fiberoptische Anordnung (40), die im Inneren des Endoskops (16) angeordnet ist für ein kontinuierliches Beleuchten mit sichtbarem Licht einer Stelle (30), auf die der Strahl (20,22) auftrifft, wobei das Endoskop (16) eine Anordnung aufweist, die es ermöglicht, daß das reflektierte sichtbare Licht von der Stelle (30) die Endoskopanordnung erreicht, ein Okular (13), das der Endoskopanordnung (16) zugeordnet ist für die Aufnahme des reflektierten sichtbaren Lichtes, sowie eine manuelle Anordnung (50,51,52) für das Steuern des Strahls (20,22).
  2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endoskopanordnung (16) eine erste Spiegelanordnung (19,21) für die Aufnahme und das praktisch vollständige Reflektieren des Strahls (20,22) und einen Strahlenspalter (23) für die Aufnahme und die vollständige Übertragung des praktisch vollständig reflektierten Strahls zu dem Endoskop (16) aufweist.
  3. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Belag (32) , der für die Strahlenwellenlänge und den sichtbaren Wellenlängenbereich durchlässig ist, in der Auslaßanordnung (16) querseitig zu dem praktisch vollständig reflektierten Strahl (24') angeordnet ist, um so eine
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    Barriere gegenüber dem Fluß von Flüssigkeiten von der Stelle (30) zu der Endoskopanordnung (16) zu vermeiden.
  4. 4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilationsanordnung (17) für das Kühlen des Belages (32) und für das Verdampfen der Flüssigkeiten von Belag (32) vorgesehen ist.
  5. 5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Endoskopanordnung (16) einen zweiten Spiegel (25) für die Aufnahme des von dem Strahlenspalter (23) reflektierten sichtbaren Lichtes und für das Reflektieren desselben zu dem Okular (13) aufweist.
  6. 6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß ein Laser (10), eine Anordnung (15) für das Zuführen von Energie zu dem Laser (10) unter Ausbilden eines Laserstrahls (20,22), eine Anordnung (50,51,52) für die manuell steuerbare Richtung des Strahls (20,22) auf eine chirurgische Arbeitsstelle des patienten und eine Anordnung vorgesehen ist, durch die die Arbeitsstelle kontinuierlich der Einwirkung des Strahls ausgesetzt wird und gleichzeitig eine Beobachtung der Arbeitsstelle ermöglicht wird.
    ORlGiNAL INSPECTEÖ.
    509849/0632
DE2511248A 1974-05-23 1975-03-13 Endoskopisch-chirurgisches Lasersystem Expired DE2511248C3 (de)

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