DE2832847A1 - Kontroll- und sicherheitseinrichtung fuer ein laser-medizinisches geraet - Google Patents

Description

• KONTROLL- UND SICHERHEITSEINRICHTUNG
• FÜR EIN LASER-MEDIZINISCHES GERBT Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontroll- und Sicherheitseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Laser-medizinische, wie laser-chirurgische Geräte, enthalten in der Regel einen Laser, ein Strahlführungssystem und ein Endstück, z.B. ein Laser-Endoskop,aus welchem der Strahl austritt. Meistens sind zwei Betriebszustände für den Strahl möglich: im einen Betriebszustand tritt aus dem Endstück ein Justierstrahl schwacher Leistung (Größenordnung mW) aus, beim anderen Betriebszustand dagegen ein Strahl starker Leistung, (z.B. Größenordnung von W), mit dem eine Gewebebehandlung durchgeführt wird. Vor und nach der Behandlung ist normalerweise der Justierstrahl eingeschaltet, der trotz seiner geringen Leistung eine Gefahr für das Auge darstellt. Es ist daher wichtig, daß der Arzt das Endstück während der Benutzung des Geräts so ablegen kann, daß der Justierstrahl gefahrlos absorbiert wird.
• Bei der Anwendung von laser-medizinischen Geräten, z.B. in der Laser-Chirurgie, sollte der Arzt laufend darüber informiert sein, ob das lasermedizinische Gerät voll funktionsfähig ist. Dies ist nicht unbedingt sicher gewährleistet, da beispielsweise die Austrlttsoptik verschmutzt sein kann oder optische Elemente im Strahlengang twischen dem Las#er und einer Strahlaustrittsfläche dejustiert oder durch absorbierte S-trahlungsenergie beschädigt sein können. In solchen Fällen ist dann unter Umständen die Strahlungsleistung bzw. Leistungsdichte am Behandlungsort zu klein,und der gewünschte-Effekt tritt nicht-ei-n. Unter Umständen können im Endstück auch unerwünschte Reflexe auftreten, die eine Gefährdung des Personals durch diedadurch verursachte Störstrahlung bedeuten.
• Es ist bei laser-medizinischen Geräten bekannt, die Strahlungsleistung am Ausgang des Lasers zu überwachen. Diese Information reicht jedoch nicht aus um Fehler der oben erwähnten Art, die ihre Ursache in der Strahiführung haben, zu erkennen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Kontroll- und Sicherheitseinrichtung für ein laser-medizinisches Gerät anzugeben, die dem Arzt eindeutige Hinweise über die Funktionsfähigkeit und Betriebsbereitschaft des laserrmedizinischen Geräts liefert.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kontroll- und Sicherheitseinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Dadurch, daß die Strahlungsleistung und/oder Leistungsdichte der Strahlung sowohl am Ausgang des Lasers als auch am Ausgang des laser-medizinischen Geräts gemessen wird und die Meßwerte verglichen werden, kann die Transmission des Strahiführungssystems einschließlich der Austrittsfläche kontrolliert und angezeigt werden. Dadurch läßt sich die Funktionsfähigkeit und Betriebsbereitschaft des Geräts zuverlässig überwachen.
• Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Einrichtung gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der ErFindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
• Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Kontroll- und Sicherheitseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Figur 2 eine Teilansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; Figur 3 ein Schaltbild einer digitalen Signalverarbeitungsschaltung für eine Einrichtung gemäß der Erfindung; Figur 4 ein Schaltbild einer analog arbeitenden Signalverarbeitungsschaltung für eine Einrichtung gemäß der Erfindung; Figur 5 eine Schnittansicht eines Teiles einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; Figur 6 eine Schnittansicht eines Teiles einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und Figur 7 eine schematische Darstellung eines Teiles einer Kontroll- und Sicherheitseinrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
• Figur 1 zeigt schematisch einen Teil einer Kontroll- und Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung, welcher einerseits eine Sicherheitsablage für ein Endstück 10 eines laser-chirurgischen Gerätes und andererseits eine Kontrollvorrichtung für die Betriebsbereitschaft des Gerätes enthält. Das Endstück 10 besteht aus einem Griffteil 12 und einem dünnen, in eine Körperöffnung elnführbaren Applikator- und Endoskopteil 14 und ist mit einer Lichtleiteranordnung 16 verbunden, die beispielsweise eine zu einem nicht dargestellten Laser führende Quarzlichtleitfaser und ein endoskopisches Lichtleitfaserbündel enthalten kann. Am forderen Ende des Applikator- und Endoskopteiles 14 befindet sich eine nicht näher dargestellte Lichtaustrittsfläche, aus der im Betrieb ein Laserstrahl 18 austritt.
• Wenn der Arzt während der Behandlung das Endstück 10 nicht benutzt, wird dieses in eine Halterung 20 einer Sicherheitsablagevorrichtung 22 gesteckt.
• Die Halterung 20 ist so konstruiert, daß das Endstück 10 am oberen und unteren Ende gut geführt wird und stets die gleiche Position in der Ablage einnimmt, was z.B. durch eine nicht dargestellte Orientierungsnasen- und Orientlerungsnuten-Anordnung üblicher Bauart gewährleistet sein kann. Die sicherheitsablagevorrichtung 22 bildet im unteren Teil einen Hohlraum 24, in den das die Austrittsoptik bzw. Lichtaustrittsfläche enthaltende vordere Ende des Applikator- und Endoskopteils 14 zu liegen kommt, wenn das Endstück 10 in die Halterung 20 eingesetzt ist. Eine der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegende Wand des Hohl raumes 24 ist als Blende 26 (und/oder als optisches Dämpfungsfilter) ausgebildet>- hinter der eine Wandlereinrichtung 28, z.B. ei-n Phototr#ansistor, eine Photodiode oder eine thermoelektrische Einrichtung (z.B.- Thermoelement oder Thermohalbleiter) angeordnet ist. Die Wandlereinrichtung liefert ein elektrisches Ausgangssignal U1, das ein Maß für die empfangene Strahlungsleistung oder Leistungsdichte darstellt und einer Signalverarbeitungsschaltung 30 zugeführt wird. Der Signalverarbeitungsschaltung 30 wird ferner ein zweites Signal U2 zugeführt, das ein Maß für die Ausgangsleistung des Lasers darstellt und z.B. von einem Leistungsmesser im Laser oder von einer auf einen Teil der Ausgangsstrahlung des Lasers ansprechenden Wandlereinrichtung stammen kann. In der Signalverarbeitungsschaltung 30 werden die beiden Signale verglichen. Wenn das Strahlführungssystem zwischen seiner Eintrittsseite und seiner Austr#ittsseite ganz in Ordnung ist, hat das Verhältnis U1/U2 einen vorgegebenen Wert. Mit zunehmender Verschmutzung der Lichtaustrittsfläche und anderer optischer Grenzfiächen des Strahiführungssystems, zunehmender Dejustierung der optischen Elemente des Strahlführungssystems und zunehmender Beschädigung der optischen Elemente des Strahlführungssystemi nimmt das Verhältnis U1/U2 ab, bis ein Grenzwert erreicht ist, bei dessen tinterschreiten nicht mehr genügend Strahlungsleistung am Ausgang des Gerätes zur Verfügung steht. Die Signalverarpeitungsschaltung-30 ist bei der in Figur 1 dargestellten AusfUhrungsform so ausgebildet, daP sie das Aufleuchten einer grünen Lampe 32 bewirkt, wenn das Verhältnis U1/U2 mit einem gewissen Sicherheitsfaktor übér dem erwähnten Grenzwert liegt, im anderen Falle wird eine rote Lampe 34 zum Aufleuchten gebracht. Statt der roten Lampe 34 können auch akustische Signg}Q ausgelöst werden, oder durch einen Elektromagneten kann das Herausnehmen des Endstückes 10 aus der Sicherheitsablagevorrichtung 22 verhindert oder erschwert werden.
• Ein Beispiel für den Aufbcu der Signalverarbeitungsschaltung 30 ist in Figur 3 dargestellt. Das signal U1 wird dem nicht invertierenden Eingang eines DifferenzverstärkerC 36 zugeführt während das Signal U2 über ein Potentiometer 38, das den Schwellenwert einzustellen gestattet, dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers wird einem Setzeingang eines durch ein statisches Signal ansteurbaren Flipflop 38 direkt und dem Rücksetzeingang dieses Flipflops über einen Inverter 40 zugeführt. Mit einem Q-Ausgang des Flipflops 38, der im gesetzten Zustand erregt ist, ist eine die Anzeigelampe 32 bildende, grün leuchtende Lumineszenzdiode verbunden, während an einen Ausgang des Flipflops 38 eine die Lampe 34 bildende rot leuchtende Lumineszenzdiode angeschlossen ist.
• Falls eine genauere Information erwünscht ist, kann die Signalverarbeitungsschaltung 30 auch als analog arbeitende Schaltung aufgebaut sein, wie es in Figur 4 dargestellt ist. Das Signal U1 wird einem Zählereingang eines Dividierers 40 direkt zugeführt und das Signal U2 wird einem Nennereingang des Dividierers 40 über ein Potentiometer 38' zugeführt. Mit dem Ausgang des Dividierers 40 kann ein Schaltwerk 38-40 der in Figur 3 dargestellten Art oder eine analoge Anzeigevorrichtung, wie ein Zeioerinstrument oder ein "magisches Auge, gegebenenfalls in Form eines Leuchtdiodenstreifens verbunden werden.
• Die beschriebene Einrichtung liefert, gleichgültig ob die Signalverarbeitungsschaltung gemäß Figur 3 oder die gemäß Figur 4 verwendet wird, eine Anzeige, die unabhängig vzn der jeweiligen Laserleistung ist. Die Prüfung der Funktionsfähigkeit kann also mit dem Justierstrahl und/oder auch mit dem Strahl hoher Leistung erfolgen. Wenn die Funktionsfähigkeit sowohl bei niedriger als auch bei hoher Strahlleistung geprüft werden soll, kann in der Ablagevorrichtung 22 ein Schalter (z.B. ein Mikroschalter oder eine Lichtschranke) vorgesehen sein, die die Strahl leistung kurzzeitig auf den hohen Wert schaltet, wenn das Endstück 10 in die Halterung 20 eingesetzt ist.
• Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 kann auf die Einhaltung einer vorgegebenen Winkellage zwischen dem Endstück 10 und der Halterung 20 bzw. der Meßvorrichtung 26-28 verzichtet werden. Hier ist das Ende des Applikator-und Endoskopteils 14 aufnehmende Raum als Ulbricht-Kugel 24' ausgebildet die eine diffus reflektierende Innenfläche hat und eine Uffnung 24a aufweist, hinter der die Wandlereinrichtung 28 angeordnet ist. Im übrigen entspricht die Ausführungsform gemäß Figur 2 der gemäß Figur 1, wobei allerdings mit der Ausführungsform gemäß Figur 2 nur die Strahlungsleistung, bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 (z.B. je nach Größe der Blende 26) dagegen die Strahlungsleistung oder die Leistungsdichte gemessen werden kann.
• In Figur 5 ist das Ende eines Applikator-Teiles 114 eines laser-medizinischen Gerätes dargestellt, das eine Geradeaus-Optik enthält, d.h. daß der Strahlengang von einer die Laserstrahlung führenden Lichtleitfaser 115 geradlinig durch ein Austrittsfenster 117 verläuft, das eine Lichtaustrittsr fläche 119 bildet. Der Laserstrahl I18 tritt durch das Fenster 117 aus, welches einen Teil der Laserstrahlung zurückstreut und reflektiert. Dieses reflektierte bzw. gestreute Licht wird von einer zweiten Lichtleitfaser 121 zu einer photoelektrischen Einrichtung 128 zurückgeleitet, die an geeigneter Stelle, z.B, bei der Lichteintrittsseite der Lichtlelteranordnung angeordnet ist. Die weitere Signal verarbeitung kann wie bei dem anhand der Figur 1 erläuterten Ausführungsbeispiel erfolgen.
• Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 kann. zs sich nachteilig auswirken, daß auch solches Licht in die Lichtleitfaser 121 gelangen und zum Meßsignal beitragen kann, das vom bestrahlten Gewebe oder von Verunreinigungen, die sich auf der Strahlaustrittsfläche 119 des Fensters 117 befinden, gestreut wird. Zwischen diesem rückgestreuten Licht und der Laserl#eistung am Ausgang des Gerätes ist aber keine definierte Proportionalität gewährleistet. Dieser Nachteil kann durch die in Figur 6 am Beispiel einer 900-Optik dargestellten Maßnahmen verhindert werden. Der Laserstrahl wird hier, bevor er zu einem seitlichen Austrittsfenster 217 gelangt, durch einen hochreflektierenden -Spiegel 223 um etwa 900 umgelenkt. Ein Teil des Lichtes (größenordnungsmäßig z.B. 1%) tritt durch den Spiegel 223 hindurch und tritt auf eine Innenfläche 225 einer lichtundurchlässigen Stirnwand. Die Innenfläche 225 kann z.B.
• reflektieren oder streuen oder durch ein fluoreszierendes Material gebildet werden. Das von der Fläche 225 ausgehende Licht ist ein Maß für die Laserleistung am Ausgang einer die Laserstrahlung führenden Lichtleitfaser 215 wird ähnlich wie bei Figur 5 durch eine zweite Lichtleitfaser 221 zu einer photoelektrischen Einrichtung geführt Das reflektierte Licht oder gestreute Licht oder Fluoreszenzlicht von der Fläche 225 ist unabhängig von etwaigem zusätzlichen Streulicht, das durch von außen verschmutzte Fenster oder Reflexion oder Streuung am Gewebe entstehen kann. Im Falle der Verwendung von Fluoreszenzlicht kann durch ein Filter vor der photoelektrischen Einrichtung eine Verfälschung des eßsignales durch Störsstrahlung verhindert werden.
• Bei den Ausführungsformen gemäß Figur 5 und 6 wird eine Schwächung der Laserstrahlung durch eine äußere Verschmutzung der Lichtaustrittsfenster 117 bzw. 217 nicht erfaßt. Dieser Nachteil kann dadurch vermieden- werden, daß man zusätzlich die vom Fenster 117 bzw. 217 zurückgestreute Strahlung mißt und eine Störungsanzeige erzeugt, wenn das Verhältnis dieser rückgestreuten Strahlung zur Strahlung von der Fläche 225 einen vorgegebenen Wert überschreitet. Bei dieser Prüfung ist selbstverständlich darauf zu achten, daß die Prüfung nicht durch Strahlung verfälscht wird, die von im Abstand vor dem jeweiligen Fenster befindliche Objekte, wie Gewebe, reflektiert oder gestreut wird.
• Für die laser-medizinische Behandlung und die Funktionskontrolle können auch verschiedene, vom Laser emittierte Wellenlängen ausgenutzt werden. Die Trennung der Strahlungsanteile unterschiedlicher Wellenlängen kann dann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Spiegel 223 selektiv nur für die Wellenlänge verspiegelt ist, mit der die laser-chirurgische Behandlung erfolgt, während er für die Prüfstrahlung eine hohe Transmission aufweist.
• Die anhand von Figur 6 erläuterten Maßnahmen können analog auch bei einer Geradeaus-Optik der in Figur 5 dargestellten Art angewandt werden, z.B. kann in diesem Falle eine fluoreszierende Schicht 109 ringförmig auf einen äußeren Randbereich der Innenfläche des Fensters 117 (Figur 5) aufgebracht werden.
• Auf die zusätzlichen Lichtleitfasern 121 bzw. 221 kann verzichtet werden, wenn in das Ende des Applikatorteiles 114 bzw. 214 ein kleiner Photohalbleiter eingebaut werden kann, der das Signal U1 an Ort und Stelle erzeugt.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Kontroll- und Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung kann auch die Einkopplung des Laserstrahles 118 in die die Laserstrahlung führende Lichtleitfaser 115 überwacht werden, wie es in Figur 7 dargestellt ist. Der Laserstrahl 118 wird durch eine Linse 107 in eine Lichteintrittsfläche 105 der Lichtleitfaser fokussiert. Die von der Lichteintrittsfläche 105 zurückgestreute Strahlung wird durch einen Lichtleiter 103 einer photoelektrischen Einrichtung 128 geleitet oder direkt von einer solchen photoelektrischen Einrichtung erfaßt, die ein Ausgangssignal U3 erzeugt. Hat die Lichteintrittsfläche 115 eine gute optische Qualität und ist der gebündelte Laserstrahl 118 bezüglich dieser Oberfläche zentriert, so entsteht wenig Streulicht und das Signal U3 ist klein. Trifft jedoch der gebündelte Laserstrahl auf den Rand der Lichtleitfaser oder deren Halterung, oder ist die optische Qualität der Lichteintrittsfläche durch Verunreinigungen oder Defekte schlecht, so ents#teht viel Streulicht, so daß das Signal U3 einen hohen Wert hat. Das Signal U3 kann einer Schwellenwertschaltung zugeführt werden, deren Ausgangssignal über ein Oder-Glied die rote Anzeigelampe 34 (Figur 1) oder eine getrennte Warnlampe steuern.
• L e e r s e i t e

Claims (12)

1. KONTROLL- UND SICHERHEITSEINRICHTUNG FÜR EIN LASER-MEDIZINISCHES GERBT P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Kontroll- und Sicherheitseinrichtung für ein laser-medizinisches Gerät, welches einen Laser zum Erzeugen eines Strahlungsbündels, ein opti#ches System zur Weiterleitung des Strahlungsbündels vom Laser zu einer Strahlungsausgang des Gerätes, und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signales, das ein Maß für die Strahlungsausgangsleistung des Lasers darstellt, enthält, g e k e n n z e i c h n e t d -u r c h eine Meßvorrichtung (24, 26, 28; 24', 28; 121, 128; 221, 223, 225), die eine Wandlereinrichtung (28, 128) zum Messen der Laserstrahlungsleistung und/oder Laserstrahlungsdichte am Ausgang des optischen Systems und Erzeugen eines entsprechenden elektrischen Ausgangssignales (U2) enthält, und einer Signalverarbeitungsschaltung (30; Figur 3, Figur 4), der diese Signale (Ul, U2) zugeführt sind und die eine Anzeige liefert, wenn das Verhältnis der beiden Signale in einem vorgegebenen Wertebereich liegt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Signalverarbeitungsschaltung einen Vergleicher (36), dessen Eingängen die beiden Signale (U1, U2) zugeführt sind, und eine digitale Schaltung (38, 40) deren Eingang mit dem Ausgang des Vergleichers verbunden ist und die mit dem Vergleicher als Schwellenwertschaltung arbeitet, und eine Anzeigeanordnung (32, 34) enthält, die anzeigt, ob die Laserstrahlungsleistung oder Strahlungsleistungsdichte am Ausgang des Gerätes oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt oder nicht.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da du r c h gek e n n -z e i c h n e t , daß die Meßvorrichtung (24, 26, 28; 24', 28) in einer Ablagevorrichtung (22) für einen die Strahlaustrittsfläche enthaltenden Applikatorteil (14) des Gerätes angeordnet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Ablagevorrichtung eine Ulbricht-Kugel (24') enthält, in die die Lichtaustrittsfläche bei abgelegtem Applikatorteil zu liegen kommt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e- n n -z e 1 c h n e t , daß die das Meßsignal liefernde Wandlereinrichtung (28) auf optische Strahlung anspricht, die unter der Einwirkung der Laserstrahlung von einem Bauteil (117; 225; 105) des optischen Systems ausgeht.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Strahlung durch einen Lichtleiter (103; 121; 221) vom Entstehungsort zur Wandlereinrichtung (128) geleitet wird.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Wandlereinrichtung (128) auf Laserlicht anspricht, das von einem Lichtaustrittsfenster (117) gestreut oder reflektiert wird.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch 9 e k e n n z e i c h n e t , daß die Wandlereinrichtung auf Fluoreszenzstrahlung anspricht, die von einem fluoreszierenden Material (109, 225) ausgeht, welches von einem Teil der Laserstrahlung am Ausgang des optischen Systems getroffen wird.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gek e n n z ei c hn e t , daß-das fluoreszierende Material (109) am Rande eines Lichtaustrlttsfensters (117) angeordnet ist (Figur 5).
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Laserstrahlung durch einen Spiegel (223) umgelenkt wird, der ein hohes Reflexionsvermögen und ein geringes Transmissionsvermögen hat und daß ein reflektierendes, streuendes oder fluoreszierendes Material im Wege des vom Spiegel durchgelassenen Teiles der Laserstrahlung angeordnet ist (Figur 6).
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g ek e n n z ei c h -n e t , daß eine weitere Wandlereinrichtung (128, Figur 7) vorgesehen ist, die auf Laserstrahlung anspricht, welche an der Lichteintrittseite eines optischen Elementes (115) reflektiert oder gestreut wird und daß ein von dieser weiteren Wandlereinrichtung erzeugtes Signal (U3) einer Schaltung anordnung mit Schwellenwertverhalten zugeführt wird, die ein Wqrnsignal liefert, wenn die Intensität dieser Strahlung,- gegebenenfalls im Verhältnis zur Ausgangsleistung des Lasers, einen vorgegebenen Wert überschreitet.
12. 12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Messung eine Strahlung verwendet wird, die sich bezüglich Wellenlänge, Polarisation oder Modulation vom Hauptteil der zur Behandlung dienenden Strahlung im Laserstrahl unterscheidet.