DE3121287C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Lichtleitfaser­ optik für Laser zum Übertragen eines hochenergetischen Laserstrahls durch eine einzelne Lichtleitfaser, ins­ besondere zur Verwendung mit einem Laser-Foto-Koagulator für medizinische Zwecke.
Die Verwendung von Lichtleitfaseroptiken für medizinische Zwecke ist bekannt, insbesondere im Zusammenhang mit Endoskopen, wo das von einem Laser ausgesandte Licht mittels einer Lichtleitfaseroptik an eine Stelle im Körper eines Patienten übertragen wird. Es ist auch bereits bekannt, daß man eine Blutung an einer Stelle im Körper eines Patienten durch Fotokoagulation mittels Laserlicht zum Stillstand bringen kann; bei den hierzu bekannten Geräten wird zur Übertragung des Laserlichtes an die kritische Körperstelle eine einzelne Lichtleit­ faser benutzt, welche Teil einer Lichtleitfaseroptik ist. Die Lichtleitfaseroptik ihrerseits ist integraler Bestandteil des Lasers und des Endoskops. Wird das Licht des Lasers nicht exakt auf das Eintrittsende der Licht­ leitfaser fokussiert, sondern trifft teilweise auf deren Mantelfläche auf, dann schmilzt die Beschichtung der Lichtleitfaser sehr rasch, wodurch sie unbrauchbar wird. Ist die Lichtleitfaser beschädigt oder so stark kontaminiert, daß ihre Funktion beeinträchtigt wird, muß das ganze Gerät außer Dienst gestellt und ein Austausch der empfindlichen Lichtleitfaser vorgenommen werden. Dieser Austausch erfordert jedoch das Geschick eines erfahrenen Spezialisten, da von der exakten Justierung der Enden der Lichtleitfaser das einwandfreie Funktionieren des Gerätes abhängt.
Aus der DE-OS 21 45 921 ist eine Lichtleitfaseroptik für Laser zum Übertragen eines hochenergetischen Laserstrahls durch einen einzelnen, biegsamen Lichtleiter bekannt, wel­ cher in einem biegsamen, rohrförmigen Gehäuse verläuft, in welchem er durch eine Anzahl von Abstandhaltern zentrisch gelagert ist. Der Lichtleiter hat eine besonders große Lichteintrittsfläche mit einem Durchmesser zwischen 3 und 10 mm; anschließend an die Lichteintrittsfläche ver­ jüngt sich der Lichtleiter allmählich in einen faserartigen Teil mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 0,4 mm, wird dann bei Annäherung an die Lichtaustrittsfläche wieder dicker, wobei die Lichtaustrittsfläche als Linsenfläche ausgebildet ist. Auf die große Lichteintrittsfläche eines solchen Lichtleiters läßt sich ein Laserstrahl leichter fokussieren als auf die Lichteintrittsfläche einer dünnen Lichtleitfaser. Nachteilig ist jedoch, daß ein derart kompliziert gestalteter Lichtleiter nicht nur schwer her­ zustellen ist, sondern auch in der Anwendung Probleme be­ reitet, insbesondere was das Anordnen in einem flexiblen, röhrenförmigen Gehäuse anbelangt.
In der älteren, aber nicht vorveröffentlichten DE-OS 31 09 668 ist eine Lichtleitfaseroptik für Laser zum Übertragen eines hochenergetischen Laserstrahls durch ein Lichtleitfaserbündel offenbart, welches in einem starren Rohr und in einem daran anschließenden biegsamen Schutzrohr verläuft und in dem starren Rohr mit Hilfe einer Zentrier- und Klemmvorrichtung auswechselbar festgelegt. In dem starren Rohr befindet sich vor dem Eintrittsende des Lichtleitfaserbündels eine Linse, welche die eintretenden Laserstrahlen auf das Ein­ trittsende des Lichtleitfaserbündels fokussiert.
Die Erfinder haben es sich zur Aufgabe gemacht, bei einer Lichtleitfaseroptik zum Übertragen eines hoch­ energetischen Laserstrahls durch eine einzelne Lichtleit­ faser den Austausch dieser Lichtleitfaser zu erleichtern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Lichtleitfaseroptik mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Der Patentanspruch 5 stellt die Verwendung einer erfindungsgemäßen Lichtleit­ faseroptik in einem Laser-Fotokoagulator unter Schutz.
Vorzugsweise verwendet man als Laser einen ungedämpften, kontinuierlich arbeitenden CW ( = continuous wave (engl.)) Neodym/YAG-Laser, aus welchem ein i. W. paralleles Licht­ strahlenbündel austritt, welches durch die Lichtleitfaser­ optik weiter übertragen wird.
Mit Vorteil löst die Kupplung der Lichtleitfaseroptik eine Verriegelung aus, welche verhindert, daß der Laser arbeitet, wenn die Kupplung gelöst ist.
Vorzugsweise ist der Laser Bestandteil einer Einrichtung, welche eine Druckgasquelle enthält, die mit einer Druckgas­ austrittsöffnung im Kupplungsglied verbunden ist, während die Kupplung eine Druckgaseintrittsöffnung besitzt, in welche das aus der Druckgasaustrittsöffnung im Kupplungsglied austretende Druckgas eintritt, und das Druckgas am anderen Ende des röhren­ förmigen Gehäuses wieder austreten läßt.
Das röhrenförmige Gehäuse ist vorzugsweise lösbar an einem Endoskop befestigbar. Die dazu vorgesehenen Befestigungsmittel enthalten mit Vorteil eine Verriegelungseinrichtung, welche ver­ hindert, daß der Laser arbeitet, wenn das Gehäuse vom Endoskop getrennt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in den Zeichnungen dargestellt.
Fig. 1 zeigt in Explosionsdarstellung den Aufbau eines erfindungsgemäß ausgerüsteten Laser-Photokoagulators.
Fig. 2 zeigt einen Teil einer Lichtleitfaseroptik, welche im Koagulator gemäß Fig. 1 verwendet wird.
Fig. 3 zeigt eine Endansicht des Teils aus Fig. 2.
Fig. 4 zeigt einen anderen Teil der Lichtleitfaseroptik, welche im Koagulator gemäß Fig. 1 verwendet wird.
Fig. 5 zeigt einen Teil einer Lichtleitfaseroptik als Alternative zu dem in Fig. 2 dargestellten Teil, und
Fig. 6 zeigt einen Teil einer Lichtleitfaseroptik als Alternative zu dem in Fig. 4 dargestellten Teil.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Laser-Photokoagulator 10 enthält einen Laser 11, eine Druckgasquelle 12, welche unter Druck stehendes CO2-Gas liefert, eine flexible Lichtleitfaser­ optik 13 und ein flexibles Endoskop 14. Der Laser 11 und die Druckgasquelle 12 befinden sich in einem Gehäuse 15, welches zu­ gleich als Träger für diese Komponenten dient und dem Austritts­ fenster des Lasers 11 gegenüberliegend ein Kupplungsglied 16 aufweist, welchem aus der Druckgasquelle 12 CO2-Gas mittels einer Zuleitung 17 zugeführt wird. Die Lichtleitfaseroptik 13 besitzt ein röhrenförmiges Gehäuse 19, welches an seinem einen Ende zu einer Kupplung 18 ausgestaltet ist, mittels welcher es lösbar am Kupplungsglied 16 befestigbar ist. In einiger Entfernung von dem mit der Kupplung 18 versehenen Ende besitzt das röhren­ förmige Gehäuse 19 eine Befestigungseinrichtung 20, welche ihr Gegenstück in einem Kragen 21 findet, der in den Eingang eines Biopsiekanals 22 im Endoskop 14 eingepaßt ist. Der der Kupplung 18 gegenüberliegende Endabschnitt 23 des röhrenförmigen Gehäuses 19 hat die Gestalt eines Katheters; der Katheter 23 und seine Spitze 24 sind derart ausgebildet, daß bei fertig zusammenge­ bautem Photokoagulator 10 die Spitze 24 sich am vorderen Ende 14 A des Endoskops 14 befindet oder geringfügig über dessen vorderes Ende 14 A vorsteht.
Fig. 2 zeigt den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Kupplung 18 der Lichtleitfaseroptik 13, welche mit dem Kupplungsteil 16 verbunden werden soll. Zu diesem Zweck ist das Kupplungsteil als eine in das Gehäuse 15 fest eingebaute zylindrische Fassung aus­ gebildet, deren Längsachse mit der optischen Achse des Lasers 11 fluchtet. Die Kupplung 18 ist dementsprechend in Gestalt eines dazu passenden zylindrischen Zapfens ausgebildet. Wenn der Zapfen lagerichtig in die Fassung eingesteckt ist, dann nehmen vier Ver­ tiefungen 30 A, 30 B, 31 A, 31 B in der Stirnseite des Zapfens vier dazu passende Stifte in der Fassung auf, von denen zwei Stifte der Herstellung einer elektrischen Verbindung und die anderen beiden Stifte lediglich der Sicherstellung der richtigen Orientie­ rung von Fassung und Zapfen dienen. Wie man anhand der Fig. 2 und 3 sieht, sind die der elektrischen Kontaktgabe dienenden Ver­ tiefungen 30 A und 30 B in Länge und Durchmesser kleiner als die beiden anderen, der Ausrichtung von Zapfen und Fassung dienenden Vertiefungen 31 A und 31 B.
Die in Fig. 2 dargestellte Kupplung 17 besteht aus zwei durch ein Schraubgewinde 18 C lösbar miteinander verbundenen Teile 18 A und 18 B, von denen das Teil 18 B die Vertiefungen 30 A, 30 B, 31 A und 31 B sowie darüber hinaus eine Sammellinse 32 enthält, welche mittels einer Packung 38 und eines Spannringes 37 in einer zylindrischen Ausnehmung des Teils 18 B an einer Bundfläche anliegend gehalten wird. Die Sammellinse 32 ist plankonvex und liegt mit ihrer ebenen Seite an der ebenen Bundfläche im Teil 18 B an. Die zylind­ rische Randfläche am Umfang der Sammellinse 32 ist der umgebenden Mantelfläche in der zylindrischen Ausnehmung im Teil 18 B eng ange­ paßt und verläuft koaxial zur optischen Achse der Sammellinse 32 und zugleich koaxial zur Längsachse des Teils 18 B, welche deshalb mit der optischen Achse der Sammellinse 32 fluchtet. Ferner ent­ hält das Teil 18 B eine Einspanneinrichtung 33 für die einzelne Lichtleitfaser 34, bestehend aus einem feinen, eine Stützwand 36 in genau koaxialer Lage durchsetzenden, der Lichtleitfaser 34 eng angepaßten Loch 35, und aus einem eingeschraubten Kragen 40, welchen die Lichtleitfaser 34 ebenfalls koaxial durchsetzt und in dessen Durchgang die Lichtleitfaser 34 durch ein Bindemittel festgelegt ist. Bei dieser Art der Anordnung ist die Lichtleit­ faser 34 genau mit der optischen Achse der Sammellinse 32 fluchtend angeordnet, und beide zusammen fluchten - wenn auch nicht unbe­ dingt mit derselben Genauigkeit wie die Lichtleitfaser 34 und die Sammellinse 32 untereinander - mit der optischen Austrittsachse des Lasers 11 (d. i. jene Achse des Lasers, entlang der der Laser­ strahl austritt), weil die Kupplung 18 und das Kupplungsglied 16 koaxial ineinanderpassen. Außerdem befindet sich die Endfläche 34 A der Lichtleitfaser 34 genau am Ort des Brennpunkts der Sammel­ linse 32.
Das Teil 18 A der Kupplung 18 ist entlang der Berührungsfläche 41 durch ein Bindemittel mit einer flexiblen äußeren Polyamidröhre 42 verbunden, in welcher eine weitere (die innere) flexible Polyamid­ röhre 43 angeordnet ist, in welcher die Lichtleitfaser 34 ver­ läuft. In eine zylindrische, die äußere Polyamidröhre 42 umgebende Ausnehmung am vorderen Ende des Teils 18 A ist eine gewendelte Schutzfeder 42 A eingesetzt, welche die äußere Polyamidröhre 42 umgibt und aus der Ausnehmung vorsteht. Die Schutzfeder 42 verhindert, daß die Polyamidröhre 42 beim Austritt aus dem Teil 18 zu stark gebogen wird, was zum Bruch der Lichtleitfaser 34 führen könnte. Der Ringraum zwischen den beiden Polyamidröhren 42 und 43 steht in Ver­ bindung mit den der elektrischen Kontaktgabe dienenden Vertiefungen 30 A und 30 B im Teil 18 B in Verbindung und dient der Aufnahme nicht eingezeichneter elektrischer Leitungen, welche bis zu einer elektrischen Verbindungsstelle an der Befestigungseinrichtung 20 ge­ führt werden. Weitere - ebenfalls nicht eingezeichnete - elektrische Leitungen können zu einer zwischen der Kupplung 18 und dem Kupp­ lungsteil 16 liegenden elektrischen Verbindungsstelle geführt werden. Dadurch kann man erreichen, daß bei Unterbrechung einer dieser Verbindungsstellen der Laser 11 nicht arbeitet.
Die elektrische Verbindungsstelle am Ort der Befestigungseinrich­ tung 20 wird durch eine im röhrenförmigen Gehäuse 19 liegende Induktionswicklung und durch einen im Kragen 21 gelegenen elektrisch leitenden Ring gebildet, welche sich überlappen, so daß für einen kleinen Bereich von axialen Positionen des röhrenförmigen Ge­ häuses 19 eine hinreichende elektrische Kopplung besteht. Hier­ durch wird ermöglicht, daß die Lage der Katheterspitze 24 am Ende 14 A des Endoskops 14 in einem kleinen Bereich in axialer Richtung verändert werden kann, was für manche medizinische Anwendungen von Nutzen ist.
Der Ringraum zwischen der inneren Polyamidröhre 43 und der Licht­ leitfaser 34 steht in Verbindung mit einer Gaseintrittsöffnung 45 im Teil 18 A, welche ihrerseits mit einer entsprechenden - nicht eingezeichneten - Austrittsöffnung im Kupplungsglied 16 in Verbindung steht; diese Austrittsöffnung liegt in axialer Richtung gesehen zwischen zwei im Kupplungsglied 16 angeordneten O-Ring-Dichtungen 46, und dorthin führt auch die Zuleitung 17 (Fig. 1).
Eine Ausführungsform der Katheterspitze 24 ist in Fig. 4 darge­ stellt. Im Innern einer Röhre 53 aus rostfreiem Stahl, welche durch ein Bindemittel mit dem Ende der Polyamidröhre 43 verbunden ist, be­ findet sich eine Stützscheibe 50 mit einer axial angeordneten Durchtrittsöffnung 51, welche zur Einspannung des Endes der Lichtleitfaser 34 dient, sowie mit sechs weiteren, die axiale Durchtrittsöffnung 51 umgebenden Durchtrittsöffnungen 52, welche als Düsen dienen, durch welche ein die Koagulationsmethode unter­ stützendes Gas austreten kann, welches zugleich eine Kontamination der Spitze der Lichtleitfaser 34 verhindert.
Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der Kupplung 18, welche in ihrer Funktion der in Fig. 2 dargestellten Aus­ führungsform ähnelt, aber im konstruktiven Detail Unter­ schiede aufweist. Ein Unterschied betrifft die Einspann­ einrichtung 33 für die Lichtleitfaser 34: Anstelle der Stützwand 36 ist in Fig. 5 ein einschiebbares Paßstück 36′ vor­ gesehen, wohingegen der eingeschraubte Kragen 40 beibehalten wurde. Anstelle der beiden O-Ringe 46 im feststehenden Kupplungsteil 16 ist in Fig. 5 ein einzelner O-Ring 46′ vor­ gesehen, welcher auf dem Mantel der Kupplung 18 angeordnet ist und die dort gelegene Gaseintrittsöffnung 45 umgibt. Um sicherzustellen, daß beim Einstecken der Kupplung 18 in das Kupplungsteil 16 nur eine Winkellage zwischen diesen beiden möglich ist, damit die Gaseintrittsöffnung 45 stets mit der Mündung der Zuleitung 17 im Kupplungsteil 16 fluchtet, ist in dem als Fassung ausgebildeten Kupplungsteil 16 lediglich ein einziger Zentrierstift vorgesehen, welcher zum Einführen in die Vertiefung 31 A vorgesehen ist, während die andere Ver­ tiefung 31 B durch einen Polyamidstopfen 55 verschlossen wurde. Die Teile 18 A und 18 B der Kupplung 18 sind nicht durch ein Schraubgewinde miteinander verbunden, sondern mittels Bolzen 18 D, damit auch diese beiden Teile 18 A und 18 B nur in einer Winkellage miteinander verbunden werden können.
Fig. 6 zeigt eine von der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ab­ weichende Ausführungsform der Spitze 24 des Katheters 23. In das Ende der Polyamidröhre 43 ist eine Art Tülle 56 teil­ weise eingeschoben, welche sich mit einer nach außen vorspringenden Kante 57 in die Innenseite der Polyamidröhre 43 eingräbt und dadurch so fest sitzt, daß die Verwendung eines Bindemittels, z. B. eines Klebers, entfallen kann. Ein in der Polyamidröhre 43 liegender Ab­ schnitt 58 der Tülle 56 ist als Buchse ausgebildet und dient zum Einspannen des Endes der Lichtleitfaser 34; das Material der Buchse 58 ist am Umfang 60 teilweise entfernt, um einen Durch­ tritt des durch die Poyamidröhre 43 herangeführten Gasstromes zu ermöglichen. Das Gas tritt an der Endfläche der Tülle 56 aus einer erweiterten Bohrung 59 aus, welche mit den Ausnehmungen in der Buchse 58 kommuniziert.
Das erfindungsgemäße Lasergerät kann in Verbindung mit einer Vielzahl von Gastrointestinal-Endoskopen verwendet werden. Endos­ kope zur Verwendung in anderen Körpergegenden können an das Lasergerät angepaßt werden. Die Erfindung kann aber auch für andere Zwecke als für die Endoskopie verwendet werden, wenn man eine für den gewählten Einsatzzweck (z. B. für die Chirurgie, Dermatologie oder Ophthalmologie) hergerichtete, einsteckbare Zuführeinrichtung für die Lichtleitfaser 34 vorsieht. Außerdem kann man für ein ausgewähltes Endoskop auch Lichtleitfasern mit unterschied­ lichen Eigenschaften verwenden, die z. B. die Divergenz des übertragenen Laserstrahls und damit zusammenhängend unter­ schiedliche Ausführungsformen der Spitze der Lichtleitfasern 34 betreffen können.
Die Lichtleitfaser 34 ist eine glasbeschichtete Glasfaser mit Übertragungseigenschaften und mechanischen Eigenschaften, welche die oben beschriebenen Aufbauten sowie eine "Abspaltung" des Endes der Lichtleitfaser 34, welches der Sammellinse 32 zuge­ wandt ist, in der Weise ermöglichen, daß die dort gelegene Endfläche 34 A genau parallel zur planen Oberfläche der Sammel­ linse 32 gemacht werden kann, um eine akkurate Einkopplung des Laserstrahls in die Lichtleitfaser 34 zu erzielen. Die Anordnung der Endfläche 34 A der Lichtleitfaser 34 relativ zur Sammellinse 32 und deren koaxiale Ausrichtung sind bis auf µm genau vorzu­ nehmen, während die Anordnung der Sammellinse 32 relativ zum Laser 11 nicht derart genau erfolgen muß. Die Sammellinse 32 muß auch nicht plankonvex sein, vorausgesetzt, daß sie den aus dem Laser austretenden Laserstrahl in einem an der Endfläche 34 A der Licht­ leitfaser 34 gelegenen Brennpunkt sammelt. Eine plankonvexe Sammel­ linse 32 ist jedoch besonders bevorzugt, weil sie den mechanischen Aufbau und die Justierung der Komponenten erleichtert.
Sollte es bei der erfindungsgemäßen Lichtleitfaseroptik 13 nötig werden, eine unbrauchbar gewordene Lichtleitfaser 34 auszutau­ schen, so kann die Lichtleitfaseroptik 13 von den anderen Komponenten (Gehäuse 16, Endoskop 14) getrennt werden und die Lichtleitfaser 34 kann von allen Teilen der Lichtleitfaseroptik 13 mit Ausnahme des Kragens 40 gelöst werden. Bei jedem Austausch der Lichtleitfaser 34 ist also auch der Kragen 40 auszutauschen.

Claims (5)

1. Lichtleitfaseroptik für Laser zum Übertragen eines hochenergetischen Laserstrahls durch eine einzelne Lichtleitfaser, gekennzeichnet durch die Kombination der nachstehenden Merkmale:
  • - die Lichtleitfaser (34) verläuft in einem biegsamen, rohr­ förmigen Gehäuse (199) und ist in diesem durch an ihren Enden angreifende Einspanneinrichtungen (33, 51) festge­ legt,
  • - ein Ende des Gehäuses (19) ist als Kupplung (18) zum lösbaren Verbinden mit dem Laser (18) ausgebildet und ent­ hält eine Linse (32), welche die eintretenden Laserstrahlen auf das dort liegende, durch die zugehörige erste Einspann­ einrichtung (33) in bezug auf die Linse (32) fest angeordnete Ende der Lichtleitfaser (34 A) fokussiert,
  • - zum Auswechseln der Lichtleitfaser (34) enthält die in der Kopplung (18) angeordnete erste Einspann­ einrichtung einen an der Lichtleitfaser (34) befe­ stigten, aus der Kupplung (18) entnehmbaren Kragen (40),
  • - die am anderen Ende des Gehäuses (19) vorgesehene zweite Einspanneinrichtung umfaßt ein am Gehäuse (19) fest­ gelegtes Teil (50) mit einer Durchtrittsöffnung (51), in welcher das dort liegende Ende der Lichtleitfaser (34) geführt ist.
2. Lichtleitfaseroptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (34) eine glasbeschichtete Glasfaser ist, die Linse (32) plan­ konvex ist und die Endfläche der Lichtleitfaser der planen Fläche der Linse (32) parallel ist.
3. Lichtleitfaseroptik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kupplung (18) aus zwei miteinander im Eingriff stehenden Teilen (18 A und 18 B) besteht,
daß sich die Lichtleitfaser (34) durch das erste Teil (18 A) der Kupplung hindurch in deren zweiten Teil (18 B) er­ streckt, in welchem die erste Einspanneinrichtung (33) der Lichtleitfaser und die Linse (32) angeordnet sind, und
daß das erste Teil (18 A) der Kupplung eine Eintritts­ öffnung (45) zum Zuführen eines unter Druck stehenden Gases in den Ringraum zwischen dem Gehäuse (19) und der Lichtleitfaser (34) hat und am gegenüberliegenden Ende des Gehäuses (19) eine oder mehrere Austrittsöffnungen (52) für das Gas in der Weise angeordnet sind, daß der aus­ tretende Gasstrom das benachbarte Ende der Lichtleit­ faser (34) umspült.
4. Lichtleitfaseroptik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen (52) in der zweiten Einspanneinrichtung (50) der Licht­ leitfaser (34) angeordnet sind.
5. Verwendung einer Lichtleitfaseroptik nach einem der vorstehenden Ansprüche in einem Laser-Photokoagu­ lator, bestehend aus einem an
einem Träger (15) montierten Laser (11) und einem am Träger (15) gegenüber dem Austrittsfenster des Lasers (11) vorgesehenen Kupplungsteil (16), an welchem die Lichtleitfaseroptik (13) lösbar mittels ihrer Kupplung (18) befestigt ist,
und aus einem Endoskop (14), welches das freie Ende des röhrenförmigen Gehäuses (19) aufnimmt und eine elektrische Verriegelungseinrichtung (21) aufweist, welche einen Betrieb des Lasers (11) nur dann ermöglicht, wenn das Endoskop (14) relativ zum Gehäuse (19) eine vorgeschriebene Lage eingenommen hat.
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