DE2705202A1

DE2705202A1 - Photokoagulierende skalpellvorrichtung

Info

Publication number: DE2705202A1
Application number: DE19772705202
Authority: DE
Inventors: David C Auth; Robert F Rushmer
Original assignee: Research Corp
Current assignee: Research Corp
Priority date: 1976-02-09
Filing date: 1977-02-08
Publication date: 1977-08-11
Also published as: DE2705202C2; GB1504496A; JPS5929260B2; US4126136A; JPS5298379A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

TlHL INCi

H. KINKELDEY

K. SCHUMANN

Dft RER NAT ■ 0*1.-WA

P. H. JAKOB

Ol PL-INQ

G. BEZOLD

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE *3

8. Feb. 1977 P 11 330

Research Corporation
405 Lexington Avenue
New York, New York 10017, USA

Photokoagulierende Skalpellvorrichtung

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der chirurgischen Instrumente und betrifft insbesondere ein kaltes Skalpell mit einer scharfen Schneidkante zum Ausbilden eines Schnittes und mit einer Einrichtung zum Bestrahlen des Gewebes neben der Schneidkante mit einem Laserstrahl, um für eine schnelle Blutstockung zu sorgen.

Ein bedeutsames, zusammen mit chirurgischen Schnitten auftretendes Problem besteht darin, die Blutung unter

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Kontrolle zu halten. Das Problem stellt sich insbesondere bei der chirurgischen Entfernung von Brandwundenschorf und bei der chirurgischen Behandlung von stark mit Blut-oder Lymphgefäßen durchzogenen Organen, beispielsweise der Leber.

Ein wichtiger Einflußfaktor auf die Entwicklung einer Brandwundensepsis ist das abgestorbene Gewebe von tief verbrannten Bereichen, die vollständig ihre Resistenz gegenüber eindringenden Bakterien verlieren. Es ist seit langem erkannt worden, daß es wünschenswert ist, das abgestorbene Gewebe sofort und sicher zu entfernen,und es sind Versuche unternommen worden, das auf chemischen und chirurgischen Wege zu erreichen. Wirksam wurde nur die chrurgische Entfernung durchgeführt, die Jedoch den Nachteil hat, daß starke Blutverluste entstehen, die außerordentlich hohe Bluttransfusionen erforderlich machen. Das frühzeitige chirurgische Ausschneiden tiefer Brandwunden ist daher im allgemeinen auf Patienten mit Brandwunden mäßiger Größe beschränkt. Ein frühzeitiges Ausschneiden des Brandschorfes ist auch deshalb erwünscht, um einen schnelleren Wundverschluß mit einem Eigentransplantat oder mit einem vom Menschen übertragenen Gewebe zu fördern. D.h. insgesamt, daß eine frühere Gewebeverpflanzung das Auftreten einer-bakteriellen Wundensepsis merklich herabsetzen sollte, das überempfindliche Ansprechen des Stoffwechsels des schwer verbrannten Patienten vermindern und zu einem kürzeren Krankenhausaufenthalt führen und bessere funktioneile und kosmetische Ergebnisse ermöglichen sollte.

Ähnliche Probleme treten in Verbindung mit der chirurgischen Behandlung von stark mit Gefäßen durchsetzten

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4ο

Organen auf. Eine massive Blutung von kleinen Resektionen oder selbst von Biopsien der Leber stellt manchmal eine Komplikation dar.

Die Verwendung eines gebündelten Laserstrahls, um das Gewebe zu schneiden und das Blut zum Gerinnen zu bringen, ist in weitem Umfang in Betracht gezogen worden, obwohl diese chirurgischen Techniken insgesamt nicht zufriedenstellend sind. Ein gebündelter Laserstrahl bildet Schnitte mit einer weitaus geringeren Geschwindigkeit als ein herkömmliches kaltes Skalpell aus, und da die Strahlung durch das zu schneidende Gewebe absorbiert werden muß, um den Schnitt zu erzeugen, ist eine thermische Nekrose von lebensfähigen Zellen in der Haut unvermeidlich, was für eine unbegrenzte Epithelbildung und Kontraktion verantwortlich erscheint.

Ein anderes chirurgisches Gerät, das versucht, gleichzeitig das Gewebe zu schneiden und zu koagulieren, ist das Diathermieskalpell, das einen hochfrequenten elektrischen Strom für hämostatische Schnitte verwendet. Die Hauptnachteile dieses Gerätes liegen, wie bei der Verwendung des gebündelten Laserstrahles, in seiner geringen Geschwindigkeit und seiner Neigung, eine thermische Nekrose von lebensfähigen Zellen neben dem Schnitt hervorzurufen. Es kann darüberhinaus die Gefahr bestehen, daß die Diathermieelektrode an stark mit Gefäßen durchsetzten Organen haftet, da die Abnahme einer elektrokoagulierenden Elektrode von der Schnittfläche der Leber in manchen Fällen die Blutung wieder in Gang setzt.

Es ist gleichfalls versucht worden, hämostatische Schnitte unter Verwendung eines Plasmaskalpelles herzustellen,

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bei dem ein Strom von auf hoher Temperatur befindlichen Gasen auf die Gewebeoberfläche gerichtet wird, um das Gewebe zu schneiden und neben dem Schnitt zu koagulieren. Plasmaskalpelle zeigen dieselben Nachteile wie der gebündelte Laserstrahl oder das Diathermieskalpell, nämlich eine niedrige Ausschneidgeschwindigkeit und eine thermische Nekrose. Es ist weiterhin berichtet worden, daß Plasmagasembolien auf den chirurgischen Eingriff mit dem Plasmaskalpell die Folge sein können.

Ziel der Erfindung ist daher die Verhinderung eines Blutverlustes während eines chirurgischen Eingriffs, insbesondere die Verhinderung derjenigen Blutverluste, die eine Folge der Ausschneidung von Brandwunden oder der chirurgischen Behandlung von stark mit Gefäßen durchsetzten Organen sind.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein photokoagulierendes Skalpell, das eine schnelle Blutstockung bewirkt, während es gleichzeitig die Nekrose des geschnittenen Gewebes in Grenzen hält.

Ziel der Erfindung ist gleichfalls ein photokoagulierendes Skalpell, das das Gewebe mit einer Geschwindigkeit schneidet, die mit der Geschwindigkeit herkömmlicher, nicht koagulierender Skalpelle vergleichbar ist.

Ziel der Erfindung ist auch ein photokoagulierendes Skalpell, das die schnelle Ausheilung des Schnittes erleichtert und keine nachteiligen biologischen Einflüsse, beispielsweise die Neigung, eine Embolie hervorzurufen,

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Dazu wird erfindungsgemäß ein photokoagulierendes Skalpell geliefert, das eine Klinge mit einer Schneidkante zur Ausbildung eines Schnittes und eine Einrichtung zum Bestrahlen der Schneidkante mit einem Laserstrahl aufweist, um das vom geschnittenen Gewebe austretende Blut zum Gerinnen zu bringen. Die Klinge ist vorzugsweise lichtdurchlässig, wobei die Strahlung von einem Laser mit der Klinge über einen faseroptischen Wellenleiter gekoppelt ist. Es können jedoch auch äußere Strahlungsquellen verwandt werden, die auf die Schneidkante gerichtet sind. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel pflanzt sich der Laserstrahl zur Schneidkante über eine optische Mehrfachwellenleitung fort, wobei die Wellen höherer Ordnung begrenzt sind, um ein frühzeitiges Austreten der Strahlung vom Wellenleiter und von der Klinge zu vermeiden.

Ein besonders bevorzugter Gedanke der Erfindung besteht in einer photokoagulierenden Skalpellvorrichtung, die ein Skalpell mit einer scharfen, lichtdurchlässigen Klinge zum Ausbilden eines Schnittes und einen Laser aufweist, der optisch mit der Klinge verbunden ist, um das Blut neben dem Schnitt zum Gerinnen zu bringen. Der Laserstrahl wird zur Klinge über einen faseroptischen Wellenleiter mit geringen Verlusten übertragen. Die Strahlung pflanzt sich durch den Wellenleiter und die Klinge über eine optische Mehrfachwellenleitung fort, wobei jeder Schwingungstyp einen diskreten Einfallswinkel bezüglich der Klingenoberfläche hat. Wenn die Strahlung die abgeschrägte Schneidkante der Klinge erreicht, ändert sich der Winkel der Klingenfläche, was dazu führt, daß die Strahlung von der Klinge austritt, da die Einfallswinkel der einzelnen Schwingungstypen unter den kritischen Innenreflexionswinkel oder Totalreflexionswinkel der

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Klinge fallen. Das Austreten der Strahlung wird weiterhin durch das Vorhandensein von Blut an der Klingenfläche verstärkt, das den kritischen Innenreflexionswinkel der Klinge erhöht. Schwingungstypen höherer Ordnung mit Einfallswinkeln, die unter den kritischen Innenreflexionswinkeln des Wellenleiters und der Klinge liegen, sind beschränkt, so daß die Strahlung nicht vom Wellenleiter oder der Klinge austritt, bevor sie die Schneidkante erreicht. Die Laserstrahlung stammt vorzugsweise von einem Argonlaser, da seine Strahlung eine Wellenlänge hat, die leicht vom Hämoglobin absorbiert wird, während sie durch das weiße Gewebe reflektiert wird, so daß die Strahlung das Blut zum Gerinnen bringt, ohne eine übermäßige Nekrose des geschnittenen Gewebes hervorzurufen. Eine Leistungssteuerung am Handgriff des Skalpells ermöglicht es dem Chirurgen, die Intensität der Strahlung in der erforderlichen Weise in Abhängigkeit von der zum Gerinnen zu bringenden Blutmenge einzustellen.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen Seitenriß des Ausführungsbeispiels des photokoagulierenden Skalpells mit einer lichtdurchlässigen Klinge, die an einem Handgriff mit einem faseroptischen Wellenleiter angebracht ist, der die Laserstrahlung an die Klinge abgibt.

Fig. 2 zeigt schematisch den Fortpflanzungsweg von zwei Schwingungstypen der Laserstrahlung in einer Schnittansicht der Klinge längs der Linie 2-2 in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt schematisch die photokoagulierende Skalpellvorrichtung.

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II,

Fig. 4 zeigt in einem Seitenriß ein anderes Ausführungsbeispiel der Klinge des Skalpells.

Das photokoagulierende Skalpell 10, das in Fig. 1 dargestellt ist, weist eine transparente Klinge 12 mit einer scharfen Schneidkante 14 auf. Die Klinge 12 ist an einem Ende eines herkömmlich geformten Skalpellhandgriffes 16 angebracht, der eine auf Druck empfindliche Steuerung 18 zum Einstellen der Intensität der an die Klinge 12 abgegebenen Laserstrahlung enthält. Ein faseroptischer Wellenleiter 20 ist optisch mit einem Ende der Klinge verbunden, so daß die Laserstrahlung in die lichtdurchlässige Klinge eingestrahlt wird und sich dann zur Schneidkante 14 fortpflanzt, wo sie von der Klinge austritt.

Die Klinge 12 kann aus einer Vielzahl verschiedener, lichtdurchlässiger Materialien hergestellt sein, wobei Jedoch künstlicher Saphir bevorzugt ist, da er sehr hart ist und einen niedrigen optischen Absorptionskoeffizienten hat. Darüberhinaus ist künstlicher Saphir unter mäßigen Kosten leicht erhältlich. Bei einem zum Einsatz bestimmten Ausführungsbeispiel des photokoagulierenden Skalpells wurde die Klinge 12 aus einem herkömmlichen, nicht dargestellten Laserfenster aus künstlichem Saphir hergestellt, wie es durch die Adolf Meiler Company of Providence, Rhode Island, erhältlich ist. Die Klinge 12 wurde aus dem Fenster geschnitten und die Schneidkante 14 dadurch ausgebildet, daß die Klinge gegen eine Schleifscheibe gehalten wurde. Um zu vermeiden, daß die Schleifscheibe die Klinge 12 während der Ausbildung der Schneidkante 14 zum Splittern bringt oder aushöhlt, muß eine Verbiegung der Klinge aufgrund der durch die Schleifscheibe ausgeübten Kräfte vermieden werden. Ein passendes Verfahren besteht darin, die Klinge an einer starren, nicht darge-

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stellten Unterlageplatte auf gleicher Höhe anzubringen und die Schneidkante dadurch auszubilden, daß sowohl die Klinge 12 als auch die Unterlageplatte geschliffen werden. Die Unterlageplatte wird nach der Ausbildung der Schneidkante 14 an der Klinge 12 entfernt.

Der faseroptische Wellenleiter 20, der die Laserstrahlung zur Klinge 12 führt, ist flexibel, hat ein geringes Gewicht und ist insbesondere dann, wenn er in ein Polyäthylenrohr eingeschlossen ist, relativ stabil. Wegen der hohen Energiedichte der Laserstrahlung muß der Wellenleiter die Eigenschaft haben, daß er geringe Verluste zeigt, um eine Zerstörung der Faser zu vermeiden. Eine Art eines optischen Wellenleiters, der in vorteilhafter Weise verwandt werden kann, ist eine zylindrische Stufenindikatrix-Quartz-Glasfaser, die von der Corning Glass Company erhältlich ist. Die Quartzfaser ist in eine laminierte Hülle aus nicht giftigem Polyäthylen eingeschlossen, die gleichfalls nicht dargestellte Leitungsdrähte enthalten kann, die mit der Leistungssteuerung verbunden sind. Die Kopplung des Wellenleiters 20 mit der Klinge 12 erfordert ein Medium mit geringen Verlusten, das gegenüber den sehr hohen Energiedichten am Austrittspunkt des Wellenleiters 20 widerstandsfähig sein kann. Es ; ist eine Vielzahl verschiedener Kopplungsverfahren möglich. Eine Stoßverbindung unter Verwendung eines Epoxids, Cyanacrylat oder Kunstharzklebers als Klebemittel sorgt für die mechanische Festigkeit sowie eine optische Durchlässigkeit. Das Klebemittel weist vorzugsweise einen Brechungsindex auf, der zwischen den Brechungsindlces der Klinge 12 und des Wellenleiters 20 liegt,um Reflexionen der einfallenden Strahlung von der Klinge 12 so klein wie möglich zu halten. Es kann auch eine Kopplung über ein

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Fluid mit passendem Index oder über Luft verwandt werden, wobei für die mechanische Festigkeit durch eine Klebstoffmanschette gesorgt wird. Im allgemeinen sollte der Wellenleiter 20 senkrecht auf die Klinge 12 treffen, um eine optimale Kopplung zu bewirken, Es können verschiedene Verfahren angewandt werden, um den Faserwellenleiter zur Achse der Klinge schräg zu stellen. Wie es beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist, kann eine V-förmige Nut 22 an der Oberseite der Klinge 12 ausgebildet sein, um das Ende des Wellenleiters 20 aufzunehmen. Der Einstrahlwinkel ^ ,d.h. der Winkel zwischen der Achse des Beleuchtungskonus und der Achse der Klinge, kann verändert werden, um optimale Ergebnisse zu erhalten, wie es später erläutert wird.

Der Handgriff 16, an dem die Klinge 12 befestigt ist, hat eine herkömmliche Form und besteht aus herkömmlichen Materialien. Der vordere Teil des Handgriffes 16 enthält eine druckempfindliche Leistungssteuerung 18, die aus einem veränderlichen Widerstand oder einem veränderlichen Kondensator bestehen kann. Nicht dargestellte Leitungsdrähte stehen mit der Steuerung 18 in Verbindung und sind vorzugsweise durch eine Hülle geführt, die den Wellenleiter 20 umgibt.

In Fig. 2 ist schematisch dargestellt, wie sich die Laserstrahlung zur Schneidkante fortpflanzt. Wenn ein Lichtstrahl auf eine Grenzfläche zwischen Materialien mit verschiedenen Brechungsindices trifft, wird der Lichtstrahl gebrochen oder abgelenkt. Der Brechungswinkel 0 ist durch das SnelÜusche Brechungsgesetz als arc sin N_A sinus Q^ bestimmt, wobei Q^ der Einfallswinkel ist und

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N^ und N_r (Fig. 2) die Brechungsindices des ersten und zweiten Mediums jeweils sind. Wenn der Brechungswinkel θ 90° erreicht, ist der Einfallswinkel Θ. gleich dem Grenzwinkel der Totalreflexion oder kritischem Winkel. Bei Einfallswinkeln über dem Grenzwinkel der Totalreflexion wird das gesamte Licht nach innen reflektiert. Der Grenzwinkel der Totalreflexion θ ist gleich arc sin . N_r/N_±. Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, fällt ein Lichtstrahl M^, der in die Klinge 12 eingestrahlt wird, unter einem Winkel ©<. auf die Klingenaußenflache, der größer als der Grenzwinkel θ der Totalreflexion ist. Folglich wird die gesamte einfallende Strahlung nach innen reflektiert. Wenn sich der Strahl M₁ zur spitz zulaufenden Schneidkante 14 fortpflanzt, wird er weiter von den parallelen Außenflächen der Klinge 12 nach innen reflektiert. An der Schneidkante 14 wird der Einfallswinkel θ-j' jedoch kleiner als der Grenzwinkel Q_Q der Totalreflexion und wird ein Teil der einfallenden Strahlung von der Klinge 12 austreten. In ähnlicher Weise weist der Lichtstrahl Mp einen Einfallswinkel θ~ am oberen Abschnitt der Klinge auf, der größer als der Grenzwinkel θ_ der Totalreflexion ist, so daß die gesamte einfallende Strahlung nach innen reflektiert wird. Wenn der Strahl auf die Außenfläche der abgeschrägten Schneidkante 14 fällt, ist der Einfallswinkel Q₂ ¹ kleiner als der Grenzwinkel der Totalreflexion und tritt etwas von der einfallenden Strahlung von der Klinge 12 aus. Es muß betont werden, daß trotz der Tatsache, daß der Einfallswinkel kleiner als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist, nur ein Teil der einfallenden Strahlung von der Klinge austritt, da ein Teil der einfallenden Strahlung immer noch reflektiert wird.

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In der Praxis hat die in die Klinge 12 von dem faseroptischen Wellenleiter 20 eingestrahlte Laserstrahlung einen relativ engen Beleuchtungskonus. Der Konus ist so begrenzt, daß er eine numerische Apertur gleich sinus 0 hat, wobei 0 der halbe Konuswinkel ist. Die numerische Apertur des Beleuchtungskonus ist so begrenzt, daß der kleinste Einfallswinkel der Lichtstrahlen über dem kritischen Innenreflexionswinkel liegt, so daß die gesamte Strahlung an den parallelen Seitenteilen der Klinge 12 nach innen reflektiert wird.

Aus Gründen der Deutlichkeit der Darstellung sind nur zwei Strahlen oder Schwingungstypen M^, M₂ in Fig. 2 dargestellt. In Wirklichkeit existieren Hunderte von derartigen Sohwingungstypen, von denen jeder einen diskreten Fortpflanzungswinkel oder Einfallswinkel zur Klingenaußenfläche hat. Nur ein Teil der möglichen Schwingungsarten werden im Wellenleiter 20 und in der Klinge 12 angeregt, da die einzelnen Schwingungstypen miteinander interferieren und Null- oder Knotenpunkte quer über die Breite der Klinge bilden, die den Knotenpunkten stehender Wellen in einer Übertragungsleitung ähnlich sind. Nur die Schwingungs typen, die die passenden Grenzbedingungen erfüllen können, d.h. eine Intensität gleich Null an den Klingenaußenflächen haben, werden im Wellenleiter und in der Klinge erregt. Weiterhin wird die Wahl der in der Klinge erregeten Schwingungstypen dadurch beeinflußt, welche Schwingungstypen im Wellenleiter erregt werden. Die Typen niedrigster Ordnung haben den größten Einfallswinkel und sind somit die letzten, die von der Klingenaußenfläche austreten. Schwingungstypen höherer Ordnung haben einen niedrigem Einfallswinkel und treten leichter von der Klinge aus. Beispielsweise kann sich eine Wellerlänge der Argonlaserstrahlung durch eine 0,5 mm starke Saphirklinge über annähernd 2000 diskrete Schwingungs-

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typen fortpflanzen. Dennoch weisen nur etwa die niedrigsten 16OO Schwingungstypen einen Einfallswinkel auf, der größer als der kritische Innenreflexionswinkel ist, wenn Luft das äußere Medium ist. Um ein frühzeitiges Austreten der Strahlung zu verhindern, sind die Fortpflanzungsarten mit einem Einfallswinkel, der unter dem Grenzwinkel der Totalreflexion liegt, dadurch begrenzt, daß die numerische Apertur begrenzt ist, unter der die Strahlung in die Klinge eingestrahlt wird. Diese numerische Aperturbeschränkung kann dadurch erreicht werden, daß ein optisches .Element zwischen dem faseroptischen Wellenleiter 20 und der Klinge 12 angeordnet wird, um das Intensitätsprofil der angeregten Wellenleiterschwingungen neu zu verteilen, um eine bestimmte Intensität und eine bestimmte Verteilung des Strahlungsaustritts an der Schneidkante 14 zu bekommen. Diese optischen Elemente können Linsen, Prismen, Gitter, Polarisatoren usw. sein, die die relative spektrale Verteilung der eingestrahlten Strahlung verändern. Andererseits kann auch die numerische Apertur, unter der die Laserstrahlung in den Wellenleiter eingestrahlt wird, begrenzt werden, da durch eine Begrenzung der Schwingungstypen, die im Wellenleiter 20 angeregt werden, die Schwingungstypen begrenzt werden, die {in der ,Klinge 12 angeregt werden können. Wenn sich die Laserstrahlung im spitz zulaufenden Bereich in der Nähe der Schneidkante 14 fortpfalnzt, tritt sie teilweise aus der Klinge 12 aus, da eine Umwandlung des Fortpflanzungstyps auf tritt, und die einzelnen Fortpflanzungs- oder Schwingungstypen unter den kritischen Innenreflexionswinkel fallen. Das Austreten der Strahlung wird durch das Vorhandensein von Blut auf der Klingenfläche verstärkt, da der optische Brechungsindex von Blut wesentlich höher als der von Luft ist und somit die Größe des Grenzwinkels der Totalreflexion erhöht.

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Die Intensität und die Stelle des Strahlungsaustritts kann auch dadurch verändert werden, daß der Winkel, unter dem die Klinge spitz zuläuft,und das Profil der Klinge sowie der Brechungsindex der Klinge verändert werden. Beispielsweise liegt der Grenzwinkel der Totalreflexion bei einer Saphirklinge mit Luft als äußerem Medium bei etwa 35°. Wenn die Saphirklinge in Wasser eingetaucht ist, steigt der Grenzwinkel auf etwa 49° an. In der Klinge erregte Schwingungstypen höherer Ordnung mit Einfallswinkeln zwischen 35 und 49° treten von der Klinge aus, wenn sie in Wasser oder Blut getaucht ist, während sie ohne merklichen Verlust sich in der Klinge fortpflanzen, wenn die Klinge 12 von Luft umgeben ist. Schwingungstypen niedriger Ordnung mit Einfallswinkeln von über 49° werden selbst dann nach innen total reflektiert, wenn die Klinge in Wasser eingetaucht ist. Wenn sich jedoch die Schwingungstypen fortpflanzen und mehrfachen Reflexionen in dem spitz zulaufenden Bereich der Schneidkante 14 unterliegen, tritt eine Umwandlung des Schwingungstyps auf und ändert sich der Einfallswinkel der Schwingungs- oder Fortpflanzungstypen zur Klingenaußenfläche. Diejenigen Schwingungstypen oder Strahlen, deren Einfallswinkel über 49° in dem Teil der Klinge mit parallelen Seiten liegt, werden somit Winkelverschiebungen im spitz zulaufenden Bereich der Schneidkante erfahren und damit beginnen, zum Teil aus die Klinge auszutreten, da ihre Einfallswinkel unter den Grenzwinkel der Totalreflexion für das spezielle Außenmedium fallen. Es ist ersichtlich, daß ein bestimmtes Austrittsprofil durch eine passende Zusammenstellung der Fortpflanzungs- oder Schwingungstypen, die am Einstrahlpunkt angeregt werden, erhalten werden kann. Der Einstrahlwinkel Ψ (Fig. 1) kann gleichfalls verändert werden, um die Eigenschaften der von der Klinge 12 emittierten Laserstrahlung zu verändern. Wenn der Ein-

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Strahlungswinkel ^ jedoch zu klein ist, wird die eingestrahlte Strahlung von der Schneidkante 14 reflektiert, da ihr Einfallswinkel größer als der kritische Innenreflexionswinkel an der Schneidkante 14 der Klinge 12 werden kann.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer lichtdurchlässigen Klinge ist in Fig. 4 dargestellt. Die Laserstrahlung wird in die Klinge 24 an einer Endfläche 26 durch einen faseroptischen Wellenleiter 28 eingestrahlt. Die Strahlung pflanzt sich über eine Mehrfachwellenleiterfortpflanzung entlang der Längsachse der Klinge fort und wird von einer unter einem Winkel dazu liegenden Stirnfläche 30 zur Schneidkante 32 der Klinge 24 reflektiert. Erforderlichenfalls kann die Stirnfläche 30 gekrümmt sein, um ein bestimmtes Reflexionsmuster, beispielsweise eine relativ breite Ausgabe der Strahlung, zu liefern.

Erforderlichenfalls können die Klingen 12,24 mit einer käuflich erhältlichen Substanz beschichtet sein, um eine Blutansammlung auf der Klingenaußenfläche zu verhindern.

Eine scheeatische Ansicht der Gesamtanlage für das photokoagulierende Skalpell ist in Fig. 3 dargestellt. Die lichtdurchlässige Klinge 12 des Skalpells 10 ist optisch mit dem faseroptischen Wellenleiter 20 gekoppelt, der zu einem Lasergerät 40 verläuft. Der Wellenleiter 20 kann zwischen dem Skalpell 10 und dem Lasergerät 40 durch einen hoch liegenden Wagen 42 oder durch einen Haltearm gestützt sein. Das Lasergerät 40 enthält einen Laser 44, der mit einer verstellbaren Energieversorgung 46 verbunden ist. Da der Laserstrahl im allgemeinen wesentlich breiter als der Wellenleiter 20 ist, sind Kopplungsopti-

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ken 48 zwischen dem Laser 44 und dem Wellenleiter 20 angeordnet, um die Breite des Laserstrahles so herabzusetzen, daß sie der Breite des Wellenleiters 20 entspricht. Die Kopplungsoptiken 48 können anch dazu benutzt werden, die Eigenschaften der in den Wellenleiter 20 eintretenden Laserstrahlung einzustellen, um beispielsweise die numerische Apertur der Strahlung zu beschränken, wie es im Vorhergehenden erläutert wurde.

Die dem Laser 44 durch die Energieversorgung 46 gelieferte Energie kann gesteuert werden, um die Intensität dar Laserstrahlung vom Laser 44 einzustellen und dadurch ein schnelles Koagulieren sicherzustellen, ohne daß eine übermäßige Nekrose verursacht wird. Zu diesem Zweck weist eine Leistu~ ^einstelleinrichtung eine druckempfindliche Leistungssteuerung 18 am Handgriff 16 auf, die ein handelsüblich erhältlicher druckempfindlicher Widerstand oder Kondensator sein kann.Die Leistungssteuerung 18 steht über nicht dargestellte Leitungsdrähte mit einer die Leistung einstellenden Schaltung 50 in Verbindung, die das Aus gangs signal der Steuerung 18 in eine Spannung zum Regulieren des die Leistung regulierenden Eingangssigials der Laserenergieversorgung 46 umwandelt. Die die Leistung einstellende Schaltung 50 kann beispielsweise eine Gleichspannungsquelle sein, die mit den Enden eines veränderlichen Widerstandes verbunden ist, dessen mittlerer Abgriff mit der Energieversorgung 46 in Verbindung steht. Es sind auch andere Leistungssteuervorrichtungen denkbar, die automatisch die Intensität der Laserstrahlung auf einen optimalen Wert einstellen. Eine derartige Vorrichtung enthält einen nicht dargestellten Sensor zum Messen der Laserstrahlung, die von der Schneidkante 14 nach innen zum Wellenleiter 20 reflektiert wird. Der

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optische Sensor ist vorzugsweise am oberen Abschnitt der Klinge 12 angeordnet. Eine übermäßige, nach innen reflektierte Lichtmenge zeigt an, daß die Laserstrahlung eine Intensität hat, die größer als die Strahlungsintensität ist, die vom Blut absorbiert werden kann, das von den geschnittenen Geweben austritt. Das Leistungssteuersystem liefert eine Spannung dem die Leistung einstellenden Eingang der Laserenergieversorgung, die die Intensität des nach innen reflektierten Lichtes relativ konstant hält. Das kann einfach dadurch erreicht werden, daß der Ausgang des optischen Sensors mit einem invertierenden Verstärker verbunden wird, der eine Spannung erzeugt, die umgekehrt proportional zur Spannung am Ausgang des Sensors ist.

Während des Betriebs wird die Laserstrahlung durch den faseroptischen Wellenleiter 20 an die Klinge 12 des Skalpells 10 abgegeben. Die Schneidkante 14 der Klinge 12 bildet einen Schnitt, und die von der Klinge 12 neben der Schneidkante 14 austretende Laserstrahlung bringt das von den geschnittenen Geweben austretende Blut zum Gerinnen. Durch ein Verstellen des Druckes am Steuerelement 18 kann der Chirurg die Intensität der der Klinge 12 gelieferten Laserstrahlung in Abhängigkeit von der vorliegenden Blutmenge, die zum Gerinnen gebracht werden muß, steuern.

Das Lasergerät 40 muß in der Lage sein, eine Laserstrahlung mit einer Intensität zu liefern, die ausreicht, um das Blut schnell zum Gerinnen zu bringen. Zu diesem Zweck wird ein 20 Watt Dauer-Laser als angemessen angesehen. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung irgendeines speziellen Lasertyps beschränkt ist, ist ein

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Argonlaser am meisten bevorzugt, da sein blau-grünes Licht selektiv durch das Hämoglobin des Blutes absorbiert wird, da seine Strahlung sichtbar ist, da seine Strahlung über einen flexiblen Quartzwellenleiter mit relativ niedrigen Verlusten übertragen werden kann, und da er mit ausreichend hohen Dauerleistungen erhältlich ist, um eine schnelle Koagulation zu ermöglichen. Während die Argonlaserstrahlung schnell durch das Hämoglobin absorbiert wird, wird sie nur mittelmäßig durch das weiße Gewebe absorbiert, wodurch die Stärke der Nekrose im den Schnitt umgebenden Gewebe herabgesetzt wird, während genügend Energie für das Hämoglobin zur Verfügung steht, um die Blutung anzuhalten. Ein im Handel erhältliches Lasergerät mit den obigen Eigenschaften ist beispielsweise das Modell No. CR-18, hergestellt von Coherent Radiation, Inc., PaIo Alto, Californien. Dieses Gerät ist ein 20 Watt Argonlaser mit einem Leistungsreguli erungseingang zum Einstellen der Intensität der Laserstrahlung, der auf eine anliegende Spannung anspricht.

Obwohl bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine lichtdurchlässige Klinge verwandt wird, die optisch mit einem Laser gekoppelt ist, können auch andere Vorrichtungen zum Bestrahlen des geschnittenen Gewebes neben der Schneidkante eines kalten Skalpells verwandt werden. Beispielsweise kann eine scharfe Stahlklinge in Sandwich-Bauweise zwischen lichtdurchlässigen Platten angeordnet werden, die optisch mit einem Laser gekoppelt sind. Diese Platten enden kurz vor der Schneidkante, die von den Kanten neben der Schneidkante ausgehende Laserstrahlung bringt das vom geschnittenen Gewebe austretende Blut jedoch zum Gerinnen. Es können auch mehrere, beabstandete optische Wellenleiter, die mit einem Laser gekoppelt sind, in eine scharfe Stahlklinge eingebettet werden, wobei die

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Wellenleiter an der Schneidkante der Klinge oder in der Nähe der Schneidkante enden.

Die erfindungsgemäße photokoagulierende Skalpellvorrichtung kann in vorteilhafter Weise für relativ unblutige chirurgische Eingriffe ohne die Nachteile, wie eine Nekrose des Gewebes und eine langsame Arbeitsweise, die den bekannten Vorrichtungen anhaften, selbst für derart problematische chirurgische Eingriffe, wie das Entfernen einer Brandwunde und einen chirurgischen Eingriff an einem stark mit Gefäßen durchsetzten Organ, beispielsweise der Leber, verwandt werden.

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Claims

Patentansprüche

\1. J Fhotokoagulierende Skalpellvorrichtung, g e k e η η -zeichnet durch ein Skalpell (10) mit einer Klinge (12,24) mit einer scharfen Schneidkante (14,32) und durch eine Lasereinrichtung zum Bestrahlen der Klinge (12,24) in der Nähe der Schneidkante (14, 32) mit der Laserstrahlung, so daß die Klinge (12,24) die Schnitte bildet und die Laserstrahlung das Blut neben der Schneidkante (14,32) koaguliert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Skalpellklinge (12,24) lichtdurchlässig ist, und daß die Lasereinrichtung einen Laser (44), der eine zum Koagulieren des Blutes ausreichende Energie liefert und einen faseroptischen Wellenleiter (20,28) aufweist, dessen eines Ende op» tisch mit dem Laser (44) gekoppelt ist, und dessen anderes Ende optisch mit der Klinge (12,24) des Skalpelle (10) gekoppelt ist, so daß die Strahlung vom Laser (44) sich durch den Wellenleiter (20,28) und die Klinge (12,24) hindurch fortpflanzt und von der Klinge (12,24) in der Nähe der Schneidkante (14,32) austritt.

· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung sich durch den Wellenleiter (20,28) und die Klinge (12,24) über eine optische Mehrfachwellenleiterfortpflanzung mit einer Vielzahl von Fortpflanzungstypen fortpflanzt,

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von denen jeder einen diskreten, derart entsprechenden Fortpflanzungswinkel hat, daß die Einfallswinkel der Fortpflanzungstypen höherer Ordnung kleiner als die Einfallswinkel der Fortpflanzungstypen niedriger Ordnung sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die eine Anregung der Fortpflanzungstypen höherer Ordnung verhindert, deren Einfallswinkel kleiner als der Grenzwinkel der Totalreflexion nach innen des Wellenleiters (20,28) und des von der Schneidkante (14,32) entfernt liegenden Teils der Klinge (12,24) ist, so daß im wesentlichen verhindert wird, daß die Laserstrahlung vom Wellenleiter (20,28) und der Klinge (12,24) vor Erreichen der Schneidkante (14,32) austritt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung, die eine Anregung von Fortpflanzungs typen höherer Ordnung verhindert, eine Einrichtung aufweist, die die numerische Apertur der durch den Wellenleiter. (20,28) eingestrahlten Laserstrahlung unter einen vorbestimmten Wert begrenzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet , daß die Einrichtung, die die numerische Apertur begrenzt, ein optisches Element aufweist, das an der Grenzfläche zwischen dem Wellenleiter (20,28) und der Klinge (12,24) derart angeordnet ist, daß die Laserstrahlung durch das optische Element hindurchgeht.

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ORIG/NAL INSPECTED

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die die numerische Apertur begrenzt, ein optisches Element (48) aufweist, das an der Grenzfläche zwischen dem Wellenleiter (20,28) und dem Laser (44) derart angeordnet ist, daß die Laserstrahlung durch das optische Element hindurchgeht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3$ gekennzeichnet durch ein optisches Element, das an einem Ende des Wellenleiters (20,28) angeordnet ist, um die angeregten Fortpflanzungstypen neu zu verteilen, um dadurch eine bestimmte Intensität und Verteilung des Strahlungsaustritts von der Klinge (12,24) zu liefern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel, um den die Schneidkante (14) spitz zuläuft, so eingestellt ist, daß sich eine bestimmte Intensität und Verteilung des Strahlungsaustritts von der Klinge (12) ergibt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e kennzeich η e t , daß der Einstrahlungswinkel, unter dem die Laserstrahlung mit der Klinge (12) gekoppelt ist, so eingestellt ist, daß sich eine bestimm te Intensität und Verteilung des Strahlungsaustritts von der Klinge (12) ergibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die optische Kopplung dadurch erreicht ist, daß ein Medium mit geringen Verlusten zwischen der Klinge (12,24) und dem Wellenleiter (20,28) angeordnet ist, wobei das Medium einen

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Brechungsindex hat, der geeignet ist, einen passenden Index zu liefern, um die Kopplung zwischen dem Wellenleiter (20,28) und der Klinge (12,24) zu verstärken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (18,50) zum Einstellen der Intensität der an die Klinge (12,24) abgegebenen Laserstrahlung.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (44) eine äußere Leistungsregulierungseinrichtung aufweist, um die Intensität der Laserstrahlung auf das Signal am Leistungsregulierungseingang ansprechend einzustellen, und daß die Steuereinrichtung (18,50) ein elektrisches Steuerelement (18), das am Skalpell (10) angebracht ist, und eine Steuerschaltung (50) aufweist, die mit dem Steuerelement (18) und dem Leistungsregulierungseingang verbunden ist, wobei die Steuerschaltung (50) das Aus gangs signal des elektrischen Steuerelementes (18) in ein Signal umwandelt, das dazu dient, darauf ansprechend die Intensität der Laserstrahlung einzustellen. - . ·..'.' -t:^ "}S:-:

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge kennzeichnet, daß der Laser (44) eine äußere Leistungsregulierungseinrichtung aufweist, um die Intensität der Laserstrahlung auf das Signal am Leistungsregulierungseingang ansprechend einzustellen, und daß die Steuereinrichtung eine Blutdetektoreinrichtung aufweist, die mit dem Leistungsregulierungseingang in Verbindung steht, um die Blutmenge neben der Schneidkante wahrzunehmen und ein elektrisches Steuersignale daraufhin zu liefern, so daß die Intensität der

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der Klinge gelieferten Laserstrahlung proportional der zu koagulierenden Blutmenge ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Blutdetektoreinrichtung eine lichtwahrnehmende Einrichtung aufweist,die die Intensität des nach innen reflektierten Lichtes von der Schneidkante zum Wellenleiter erfaßt und daraufhin das Steuersignal einstellt, so daß die Intensität des nach innen reflektierten Lichtes relativ konstant ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinge (12,24) aus einer Saphirplatte hergestellt ist, und daß die Schneidkante (24,32) dadurch ausgebildet ist, daß eine Kante der Platte gegen eine Schleifscheibe gehalten wird, während ein Umbiegen der Kante duxthdie auf die Platte durch die Schleifscheibe ausgeübten Kräfte vermieden wird. '' - ' .■■'·'■'·■■.. .-■}"'■■ '■'■■'■

17. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne t,daß die lichtdurchlässige Klinge (24) eine erste Stirnwand (26), die die Laserstrahlung längs einer Linie empfängt, die im wesentlichen parallel zur Längsachse der Klinge (24) verläuft, und eine zweite Stirnwand (30) am der ersten Stirnwand (26) gegenüberliegenden Ende der Klinge (24) aufweist, die unter einem Winkel zur Längsachse derart angeordnet ist, daß die Laserstrahlung durch die zweite Stirnwand (30) zur Schneidkante (32) reflektiert wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stirnwand (30) der Klinge (24) gekrümmt ist, um die auf die zweite Stirnwand (30) fallende Laserstrahlung breit auszugeben.

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19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung eine Wellenlänge hat, die so gewählt ist, daß sie eine selektive Absorption derart liefert, daß die Strahlung leichter durch das Hämoglobin als durch die weißen Gewebe absorbiert wird, wodurch die Stärke der Nekrose im Gewebe neben dem Schnitt relativ gering ist, während die Koagulation des Blutes relativ schnell erfolgt.

20. Photokoagulierende Skalpellvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Dauer-Laser (44), der eine Laserstrahlung mit einer über ein Steuersignal an einem Leistungsregulierungseingang steuerbaren Intensität liefert, durch einen flexiblen, faseroptischen w-llenleiter (20,28) mit niedrigen Verlusten, dessen eines Ende optisch mit dem Laser (44) gekoppelt ist, so daß die Strahlung vom Laser sich durch den Wellen-Gleiter (20,28) über eine optische Mehrfachwellenleiterfortpflanzung fortpflanzt, durch ein Skalpell (10) mit einem Handgriff (16) und einer lichtdurchlässigen >T"klinge (12,24) mit einer relativ scharfen Schneidkante (14,32), wobei die Klinge (12,24) optisch mit dem anderen Ende des Wellenleiters (20,28) gekoppelt ist, so daß sich die Laserstrahlung über die optische Mehrfachwellenleiterfortpflanzung zur Schneidkante (14,32) fortpflanzt, durch eine Einrichtung, die verhindert, daß sich Schwingungstypen in die Klinge (12,24) fortpflanzen, deren Einfallswinkel unter dem Grenzwinkel der Totalreflexion nach innen des Wellenleiters (20,28) und des von der Schneidkante (14,32) abseits liegenden Teils der Klinge (12,24) liegt, so daß sich die Strahlung durch den Wellenleiter (20,28) und die Klinge (12,24) hindurch fortpflanzt und in der Nähe der Sehnei«-

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kante (14,32) austritt, und durch eine Steuereinrichtung (18), die am Handgriff (16) des Skalpells (10) angeordnet ist und dem Laser (44) funktionell zugeordnet ist, um die Intensität der durch den Laser (44) erzeugten Strahlung so einzustellen, daß sie der zu koagulierenden Blutmenge entspricht.

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