DE2836043B2 - Chirurgisches Instrument, insbesondere Endoskop - Google Patents

Chirurgisches Instrument, insbesondere Endoskop

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Description

Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrument insbesondere ein Endoskop, mit einem Infrarot-Laser und einem an den Infrarot-Laser angeschlossenen Faserleiter zur Übertragung der vom Infrarot-Laser gelieferten Strahlung hoher Intensität an die zu behandelnde Körperstelle.
Ein solches chirurgisches Instrument ist aus der DE-OS 2106470 bekannt Es handelt sich um ein Endoskop, das zur Übertragung der Infrarotstrahlung von Glasfaserbündeln Gebrauch macht, deren Fasern einen besonders großen Durchmesser haben. Die hohen Verluste in den Glasfasern machen eine Kühlung des Glasfaserbündels erforderlich. Außerdem müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, um das aus den Enden der Glasfasern austretende Licht auf die Operationsstelle zu fokussieren. Infolgedessen muß der zur Übertragung des Lichtes dienende Strang eines solchen Gerätes einen verhältnismäßig großen Durchmesser haben, der den Einsatz des Gerätes beschränkt. Weiterhin ist es schwierig, das Gerat so ein'.ustellen, daß die zu operierende Stelle genau im Brennpunkt des am Austrittsende des Lichtfaserleiters angeordneten Linsensystems liegt
Aus der DE-OS 25 43 727 ist es bekannt, anstelle von Glas Kunststoff für die Lichtleiter zu verwenden, ohne daß jedoch angegeben wurde, welche Kunststoffe für diesen Zweck tatsächlich geeignet sind. Außerdem werden auch hier Faserbündel verwendet, die notwendig einen großen Durchmesser aufweisen -und Schwierigkeiten bezüglich der Fokussierung der Infrarotstrahlung auf die Operationsstelle bereiten. Endlich soll der Kunststofflichtleiter zur Übertragung des Lichtes eines Argon-Ionen-Lasers dienen, dessen Wellenlängen im Bereich von 03 μπι liegen. Eine solche, im Bereich des sichtbaren Lichtes liegende Strahlung ist sehr viel weniger wirksam als eine langwellige Infrarot-Strahlung.
Aus den Unterlagen des DE-GM 75 35 893 ist eine Zange zum Veröden oder Verkochen von Gewebe bekannt, die einen zur Lichtübertragung dienenden starren Stab besitzt Starre Stäbe zur Lichtübertragung sind jedoch in Endoskopen in aller Regel nicht brauchbar, da Endoskope dazu geeignet sein müssen, gekrümmten Körperkanälen zu folgen.
Aus dem Buch »Fiber Optics«, 1967, Seiten 271 bis 276, sind verschiedene Glassorten bekannt die fOr die Übertragung von Infrarotlicht geeignet sind. Diese Gläser sind jedoch für sichtbares Licht undurchlässig, abgesehen von Lanthanatglas, dessen Durchlässigkeit
ίο jedoch bei 3 μπι sprunghaft abnimmt und bei 6 μπι vollständig aufhört
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein chirurgisches Instrument der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß ein Arbeiten mit einer möglichst langwelligen Infrarotstrahlung möglich ist ohne daß Probleme bezüglich der Fokussierung oder der Kühlung auftreten.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst daß der Faserleiter als Wellenleiter aus einem kristallinen Halogenid eines Metalls aus den Gruppen IA, IB oder IHA des periodischen Systems der Elemente ausgebildet und an seinem Schneidende durch ein gegenüber Körperflüssigkeit neutrales Fenster abgeschlossen ist
Die für den Wellenleiter des erfindungsgemäßen chirurgischen Gerätes verwendeten Materialien, ciie den Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung P 26 21 642.4 bilden, haben in einem Wellenlängenbereich von etwa 0,6 bis 35 μπι sehr kleine Dämpfungswerte, so daß der Lichtleiter des erfindungsgemäßen chirurgischen Instrumentes sowohl in der Lage ist, zu Beobachtungszwecken sichtbares Licht als auch zu Behandlungszweckun eine sehr langwellige Strahlung zu übertragen, welche für diese Zwecke besonders gut geeignet ist. Darüber hinaus wird bei dem erfindungsgemäßen Instrument ein Wellenleiter als Faserleiter verwendet, das heißt eine einzige Faser, die Übertragungseigenschaften aufweist, welche denjenigen eines Hohlleiters für elektromagnetische Wellen vergleichbar ist, so daß der Platzbedarf für den Wellenleiter außerordentlich gering ist und darüber hinaus Fokussier-Probleme vermieden werden, weil aus dem Ende des Wellenleiters ein annähernd paralleler Strahl austritt. Die Verluste in dem Faserleiter sind so klein,
ti1) daß auf eine Kühlung verzichtet werden kann. Daher kann ein solches Instrument mit extrem kleinem Durchmesser hergestellt werden, so daß es auch in engste Körperhöhlen eingeführt werden kann, und es
bereitet seine Anwendung keine Schwierigkeiten, weil Fokussier-Probleme entfallen.
Zur Ausnutzung der Möglichkeit, Ober den Lichtleiter auch sichtbares Licht zu Beobachtungszwecken zu übertragen, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung mit dem Wellenleiter zusätzlich ein Laser geringer Leistung gekoppelt sein, der einen zu Anzeigezwecken dienenden, im sichtbaren Bereich des Spektrums liegenden lichtstrahl erzeugt Dabei können sowohl der M-ser geringer Leistung als auch der Infrarot-Laser mit dem Wellenleiter Ober einen dielektrischen Strahlteiler gekoppelt sein. Weiterhin kann zwischen dem Infrarot-Laser und dem Wellenleiter ein optischer Verschluß angeordnet sein, der eine sehr genaue Dosierung der vom Infrarot-Laser zugeführten Energie gestattet
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Es zeigt
Fig. 1 teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt eine schesiadsche Darstellung eines Endeskops,
F i g. 2 die Endansicht des Endoskops nach Fi g. 1 und
Fig.3 eine Darstellung ähnlich Fig. 1, welche die zusätzliche Verwendung eines Anzeige-Lasers veranschaulicht
Das in Fig. 1 schematisch dargestellte chirurgische Endoskop kombiniert die Eigenschaften existierender flexibler Faseroptik-Endoskope, die Beobachtungszwecken dienen, mit der Fähigkeit zur Übertragung des Hochleistungs-Infrarotstrahles eines CO- oder CO2-Lasers zur Durchführung chirurgischer Eingriffe, wie beispielsweise zum Kauterisieren oder Schneiden. So umfaßt das als Beispiel dargestellte Endoskop 10 eine flexible äußere Hülle 11. die einen flexiblen Körper 11a umgibt, in dem sich ein erstes hohles Rohr 12 befindet, das ein erstes, einen optischen Lichtfaserleiter 13 bildendes Faserbündel enthält Dieser Lichtfaserleiter 13 überträgt das von einer Beleuchtungsquelle 14 gelieferte Licht vom Betätigungsende des Endoskops zu dessen Schnüdende, um das zu untersuchende und zu behandelnde innere Organ zu beleuchten. Ein zweites Rohr 15 enthält ein zweites übliches Faserbündel, das einen zweiten Lichtfaserleiter 16 bildet das zu einer Beobachtungseinrichtung 17 führt die es dem Benutzer ermöglicht, den mittels der Beieuchtungsquelle 14 beleuchteten Bereich zu betrachten.
Ein drittes hohles Rohr 18 befindet sich im Zentrum des Körpers 11a des Endoskops 10. Es ist mit einem Kunststoffmantel 18a ausgekleidet und enthält einen flexiblen Infrarot-Faserltüer 19, der optisch mit einem CO- oder CO2-Laser 20 mittels einer Infrarotlinse 21 oder andere geeignete Einrichtungen gekoppelt ist. Zwischen der Infrarotlinse 21 und dem Laser 20 befindet sich ein optischer Verschluß 22 beliebiger Bauart der es ermöglicht, das Ausgangssignal des Lasers nach den Bedürfnissen des chirurgischen Eingriffes an· und abzuschalten. Wenn das Material, aus dem der Infrarot-Faserleiter 19 besteht, bei Raumtemperatur nicht biegsam ist, kann er von einem Heizelement 23 spiralförmig umgeben sein, welches an ein Heiznetzgerät 24 angeschlossen ist und die Möglichkeit bietet, die Temperatur des Faserleiters auf normale Körpertemperatur und darüber anzuheben, um den Faserleiter flexibel zu machen.
Da das Material, aus dem der Infrarot-Faserleiter 19 besteht, giftig sein kann, darf es nicht mit Körperflüssigkeit oder -gewebe in direl Se Berührung kommen. Daher ist am Ende des Faserleiters ein neutrales Fenster 30 angebracht Das Fenster 30 ist mit einem Haltekragen 31 fest verbunden, der in den Kunststoffmantel 18a übergeht, welches das Rohr 18 umgibt Die Abdichtung kann in einer Lötverbindung zu einem metallischen Kragen oder einer sonstigen, äquivalenten hermetischen Abdichtung bestehen.
Das Fenster 30 soll für die Infrarotstrahlung eine nur geringe Absorption aufweisen, damit eine einwandfreie
ίο Übertragung des dem chirurgischen Eingriff dienenden Hochleistungs-Laserstrahles gewährleistet ist Außerdem soil auch die Übertragung sichtbaren Lichtes gewährleistet sein. Von den vielen denkbaren Werkstoffen haben sich nur Diamant und Zinkselenid für den
is vorliegenden Zweck als geeignet erwiesen. Wegen der Forderung nach Durchlässigkeit für sichtbares Licht ist auch nur natürlicher Diamant verwendbar. Wegen seiner hohen Festigkeit wird Diamant in Verbindung mit einem CO2-LaSCr bevorzugt
Sowohl Diamant als auch Zinkselenid sind in den Flüssigkeiten, mit denen sie im Kör ;r in Berührung kommen können, praktisch unlöslich. Diamant ist im gesamten sichtbaren Bereich durchlässig, während Zinkselenid von 500 nm an durchlässig ist Bei einer Wellenlänge von 10,6 μχη ist der Absorptionskoeffizient β von Diamant kleiner als 0,05 cm-', während der Absorptionskoeffizient von Zinkselenid 4 χ 10-4Cm-1 beträgt Bei 53 μπι ist der Absorptionskoeffizient von Zindselenid der gleiche. Dagegen zeigt Diamant in
jo diesem Bereich eine Absorption. Beide Werkstoffe haben einen hohen Brechungsindex. Bei 10,6 μπι hat Zinkselenid einen Brechungsindex von η von 2,40 und Diamant von 239. Wegen dieses hohen Brechungsindex ist es vorteilhaft das Infrarotfenster 30 mit Antireflex-Beschichtungen zu versehen, um eine maximale Lichtübertragung zu gewährleisten. An der Innenseite des Fensters kann jede Standard-Beschichtung verwendet werden. Dagegen muß die äußere Beschichtung gegenüber Körperflüssigkeiten neutral sein, wie es beispielsweise bei BaF2/ZnSe-Mehrschichtanordnungen der Fall ist
Dvr Faserleiter 19, der zur Übertragung der vom Laser 20 gelieferten Infrarotstrahlung benutzt wird, ist vorzugsweise von der in der deutschen Paientanmeldung P 28 21 642.4 beschriebenen und beanspruchten Art Dieser Faserletter besteht aus einem wellenieitenden Kern der aus einem extrudierten kristallinen Material hergestellt ist nämlich einem kristallinen Halogenid eines Metalles aus den Gruppen IA, IB oder HIA des periodischen Systems der Elemente. Dieser Kern ist von Mitteln zur optischen Begrenzung der im Kern geleiteten Wellentypen umgeben, die beispielsweise in einer den Kern lose umgebenden Kunststoffhülle bestehen können. Solche Wellenleiter, deren Kern durch Extrudieren schwerer binärer Verbindungen hergestellt worden ist die aus den oben angegebenen Metallhalogeniden ausgewählt worden sind, sind besonders fOr die Übertragung von Infrarotstrahlung großer Wellenlängen geeignet Der Bereich der Durchlässigkeit kann sich bis etwa 35μηη erstrecken. Typische Schwerionenverbindungen, wie sie hier bevorzugt werden, sind Thaliiumbromid (TiBr) und ThaÜiumbromjodid (TIBr1Ii-,). Obwohl es nicht möglich ist, aus diesen Materialien mittels der üblichen Ziehtechniken
hr> optische Fasern herzustellen, hat es sich gezeigt, daß diese Werkstoffe durch Extrudieren durch Formen mit kleinen öffnungen hindurch bei erhöhten Temperaturen und bei hohen Drücken zu Fasern geformt werden
können. Diese Fasern können dann zu Wellenleitern verarbeitet und bei Wellenlangen von 0,6 μπι bis zum fernen Infrarot bei 35 μπι benutzt werden. Der Durchmesser der öffnung in der Extrusionsform ist so gewählt, daß polykristalline Fasern mit Kerndurchmessern im Bereich von 100 bis 500 μιη erhalten wurden. Die Extrusionstetnperatur von Thallimumbromjodid (KRS-5) liegt im Bereich von 200 bis 3500C und damit unterhalb des Schmelzpunktes, der für KRS-5 414°C beträgt. Die Extrusionsgeschwindigkeit betrug einige Zentimeter pro Minute. Die Verluste im Wellenleiter sind wowohl durch Absorption an Verunreinigungen als auch durch Streuung an Fehlstellen des Wellenleiters bedingt. Die gesamten Absorptionsverluste betrugen weniger als 10-3Cm-1 bei einer Wellenlänge von 10,6 μπι, und es wurde die Strahlung eines kontinuierlich arbeitenden COr Lasers mit einer Leistung von 2 W durch eine Versuchsfaser ohne Qualitätseinbuße übertragen. Fasern aus KRS-5 besitzen bemerkenswerte kunststoffartige oder plastische Eigenschaften im Temperaturbereich von 250 bis 3500C. In diesem Bereich können die Fasern durch Biegen in fast jede beliebige Form gebracht werden, welche die Faser beibehält, wenn sie auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird. Die mechanischen Eigenschaften von Thalliumbromidfaseni sind davon sehr verschieden. Bei diesen Fasern erstreckt sich der Temperaturbereich der plastischen Verformbarkeit bis unter Raumtemperatur, so daß diese Fasern bei Umgebungstemperatur äußerst biegsam sind. Sie erfordern daher nicht die Anwendung eines Heizelementes 23 und werden daher bevorzugt.
Wenn jedoch eine Thalliumbromjodid-Faser verwendet wird, ist es erforderlich, das Heizelement 23 zu verwenden, um die Temperatur der Faser im plastischen Bereich zu halten. Wenn eine solche Anordnung verwendet wird, versteht es sich, daß der Körper 11a, der die hohlen Rohre aufweist, aus einem Material bestehen muß, bei dem es sich um einen ausgezeichneten Wärmeisolator handelt und daß die Temperaturen sorgfältig überwacht und gesteuert werden müssen, um eine unbeabsichtigte Verletzung des Patienten zu vermeiden.
Eine zusätzliche Einrichtung, mit der das in Fig. I dargestellte Endoskop mit Vorteil versehen werden kann, ist ein He-Ne-Laser 40 geringer Leistung, wie er in Fig.3 dargestellt ist Dieser Laser geringer Leistung kann mit dem Infrarot-Faserleiter 19 mittels einer Glaslinse 41 optisch gekoppelt sein, die den Ausgangsstrahl des Lasers durch eine dielektrische Glasplatte 42 dem Faserleiter 19 zuführt, um eine sichtbare Anzeige desjenigen Bereiches zu liefern, der getroffen wird, wenn der Infrarot-Laser erregt wird. Die Glasplatte 42 ist mit einer dielektrischen Schicht versehen, die eine hohe Reflexion für die Strahlung des CO2-Lasers von 10,6 μιη sowie eine hohe Durchlässigkeit für die
Strahlung des He-Ne-Lasers von 0,63 μιΐι gewährleistet. Der COrLaser 20 ist so angeordnet, daß sein
ίο Ausgangsstrahl durch eine Germaniumlinse 21 auf die Glasplatte 42 gerichtet und von dort in den Faserleiter 19 reflektiert wird, wenn der Verschluß 22 offen ist. Die Glasplatte 42 ist unter einem Winkel von 45" zur Achse des Wellenleiters 19 dargestellt, die mit der Achse des
\', He-Ne-Lasers 40 zusammenfällt. Die Achse des CO2-Lasers 20 steht zu diesen Achsen in rechtem Winkel und schneidet die Achse des Wellenleiters 19 an der Oberfläche der Glasplatte 42.
Während der normalen Benutzung ist der He-Ne-La-
ser ständig eingeschaltet, um das Ausrichten des Endoskops zu erleichtern. Nachdem die gewünschte Ausrichtung hergestellt worden ist, wird der Chirurg den CO?-Laser 20 hoher Leistung kurzzeitig »feuern«, indem er den Verschluß 22 öffnet. F i g. 3 zeigt nur eine Möglichkeit zum gleichzeitigen Einkoppeln der Strahlung des He-Ne-Lasers 40 und des CO2-Lasers ilO in den Infrarot-Faserleiter 19. Es versteht sich, daß zu diesem Zweck 4,*ch andere, äquivalente Anordnungen benutzt werden können.
Es wurde ein Versuch unternommen, bei dem ein CO2-Laser mittels einer Germaniunilinse 21 optisch mit einem Infrarot-Faserleiter gekoppelt wurde, der einen Kern aus Thalliumbromjodid aufwies. Ein optischer Verschluß 22 wurde zum An- und Abschalten des Laserstrahles benutzt Wenn der Verschluß geöffnet wurde, wurde Strahlung mit einer Leistung von etwa 1 W und einer Wellenlänge von etwa 10 μιη in den Faserleiter eingekoppelt durch den Faserleiter übertragen und von dessen Ausgangsende abgestrahlt.
An Stelle von menschlichem Gewebe wurde in die Nähe des Ausgangsendes des Faserleiters ein Stück Papier gebracht Wenn der Verschluß geöffnet wurde, wurde ein kleines Loch durch das Papier gebrannt Das Faserende konnte umherbewegt werden, um ausge-
Ar, wählte Stellen des Papieres zu verbrennen. Es ist demnach ersichtlich, daß diese Anordnung zur Verwendung als chirurgisches Endoskop geeignet ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Chirurgisches Instrument, insbesondere Endoskop, mit einem Infrarot-Laser und einem an den Infrarot-Laser angeschlossenen Faserleiter zur Übertragung der vom Infrarot-Laser gelieferten Strahlung hoher Intensität an die zu behandelnde Körperstelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserleiter als Wellenleiter (19) aus einem kristallinen Halogenid eines Metalles aus den Gruppen IA, IB oder ΠΙΑ des periodischen Systems der Elemente ausgebildet und an seinem Schneidende durch ein gegenüber Körperflüssigkeit neutrales Fenster (30) abgeschlossen ist
2. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (30) aus Diamant oder Zinkselenid besteht.
3. Instrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wellenleiter (19) eine Heizeinrichtung (23,24) benachbart ist
4. Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 'dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Wellenleiter (19) zusätzlich ein Laser (40) geringer Leistung gekoppelt ist, der einen zu Anzeigezwekken dienenden, im sichtbaren Bereich des Spektrums liegenden Lichtstrahl erzeugt
5. Instrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Laser (40) geringer Leistung als auch der Infrarot-Laser (20) mit dem Wellenleiter (19) über einen dielektrischen Strahlteiler gekoppelt ist, der aus einer Glasplatte (42) besteht, die für den Lichtstrahl des Lasers (40) geringer Leistung durchlässig ist, jedoch den Strahl des Infrarot-Lasers (2C) reflektiert
6. Instrument nach s.inem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Infrarot-Laser (20) und dem Wellenleiter (19) ein optischer Verschluß (22) angeordnet ist
2. Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Infrarot-Laser (20) ein CO- oder COrLaser ist
8. Instrument nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß der Laser (40) geringer Leistung ein He-Ne-Laser ist
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