DE3600730A1

DE3600730A1 - Apparatus for destruction of urinary tract concrements

Info

Publication number: DE3600730A1
Application number: DE19863600730
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr. Graz Schmidt-Kloiber
Original assignee: SCHMIDT KLOIBER HEINZ
Current assignee: SCHMIDT KLOIBER HEINZ
Priority date: 1985-01-14
Filing date: 1986-01-13
Publication date: 1986-07-17
Also published as: AT380634B; ATA7985A

Abstract

At the emergence end of a flexible light guide serving to convey short-term, highly energetic laser pulses there is arranged a hollow light funnel which has a reflecting inner surface in the form of a truncated cone and whose larger entry surface facing the light guide outlet is larger than or identical to the emergence cross-section of the light guide. Despite a relatively low energy or power density inside the light guide it is nevertheless possible to achieve a field strength that is sufficient for a break-through at a safe distance from the emergence surface of the light guide, and this results in a simple, reliable arrangement which is suitable, in particular, for the destruction of concrements in the region of the human ureter.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zerstö- The invention relates to a device for destroying

rung von arnwegkonkreeten, insbesonders solchen im.tion of arnwegkonkreeten, especially those in.

Harnleìterbereich, mittels laserinduziertem Durchbruch, mit einer Anordnung zur Erzeugung kurzzeitiger, hochenergetischer Laserpulse und einem damit eintrittsseitig in Verbindung stehenden, flexiblen Lichtleiter, der in den Harnweg einschiebbar ist und austrittsseitig mit einer Anordnung zur Erhöhung der lokalen Energiedichte des Laserstrahls in Verbindung steht.Ureteral area, by means of a laser-induced breakthrough, with a Arrangement for generating short-term, high-energy laser pulses and one with it flexible light guide connected on the inlet side, which enters the urinary tract Is insertable and on the outlet side with an arrangement for increasing the local Energy density of the laser beam is related.

Konkremente in den Harnwegen gehören zu jener Gruppe von Erkrankungen, deren Beherrschung durch operativen Eingriff schon in frühester Zeit versucht worden ist. In diesem Zusammenhang kam es allerdings erst in jüngster Zeit, verbunden mit der Entwicklung neuer Geräte und unter Ausnutzung physikalischer Erkenntnisse und verbesserter technologischer Verfahren, zu entscheidenden Fortschritten, die insbesonders auch deswegen sehr bedeutsam sind, da bis heute nur Teilbereiche des sehr komplexen Vorganges der Entstehung von Harnwegkonkrementen geklärt sind und daher auch keine Möglichkeit einer umfassenden steinverhütenden Therapie gegeben ist, Nach heutigen Erkenntnissen haben die verschiedenen Entstehungsmechanismen bzw. Entstehungsorte von Konkrementen in den Harnwegen auch verschiedenartige Zusammensetzungen dieser Konkremente zur Folge, wobei eine schlüssige Analyse der Zusammensetzung bzw. des Aufbaus eines bestimmten lokalisierten Konkrements vor dem Eingriff praktisch nicht möglich ist, was naturgemäß die Auswahl der richtigen Methode zur Zerstörung sehr behindert. Concrements in the urinary tract belong to that group of diseases their control through surgical intervention has been attempted at an early stage is. In this context, however, it has only recently come about, associated with the development of new devices and taking advantage of physical knowledge and improved technological processes, to decisive advances, in particular are also very significant because to this day only parts of the very complex Process of the formation of urinary tract concrements have been clarified and therefore none Possibility of a comprehensive stone preventive therapy is given, according to today The various mechanisms or places of origin have knowledge of concretions in the urinary tract also different compositions of these Concrements result, with a conclusive analysis of the composition or the There is practically no build-up of a specific localized calculus before the operation possible is what, by its very nature, is choosing the right method of destruction very much with special needs.

Zum Verständnis des allgemeinen Standes der Technik im Zusammenhang mit der Zerstörung von Harnwegkonkremen ten seien im folgenden kurz einige der heute verwendeten bzw. untersuchten Methoden ohne Anspruch auf Vollständigkeit angeführt. To understand the general state of the art in context with the destruction of urinary tract concrements are briefly some of today's used or investigated methods are listed without claiming to be exhaustive.

Seit längerer Zeit werden Untersuchungen zur Auflösung von Harnsteinen auf chemischem Weg durchgeführt, wobei allerdings bisher nur die Auflösung von Harnsäuresteif durch orale Gabe bestimmter Chemikalien gelungen Ist. Für en großteil der Konkremente ist allerdings nach heutiger ise eine auf chemischem Weg durchgeführte Steinentfernung ausgeschlossen, weshalb die Bedeutung von transurethral durchgeführter, durch rein mechanische Kräfte bewirkter, Steinzerstörung verständlich ist. Die Möglichkeiten der transurethralen Zerstörung von Harnwegkonkrementen richten sich hauptsächlich nach der Lage des Konkrements und des damit mehr oder weniger erschwerten Zuganges. Blasensteine, die bei längerer Verweildauer Hühnereigröße erreichen können, sind relativ einfach zu zerstören, da zufolge des relativ einfachen Zuganges über die Harnröhre für ihre Zerkleinerung und anschließende Entfernung eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Verfügung steht. #hnliches gilt auch für die Zerstörung von Konkrementen in der Niere, wozu in letzter Zeit Geräte verwendet werden, mit deren Hilfe der Zugang über einen Stichkanal erfolgt. Zur Entfernung von Konkrementen in den Harnleitern gibt es bis jetzt nur sehr wenig tatsächlich brauchbare Methoden; so wird beispielsweise versucht, durch Trinken reichlicher Flüssigkeitsmengen in Verbindung mit krampflösenden Medikamenten und gymnastischen Übungen einen Spontanabgang herbeizuführen oder tiefsitzende Harnleitersteine mit einer sogenannden Zeiss-Schlinge zu entfernen, wozu ein Katheter mit einem an der Spitze befestigten Perlonfaden am Stein vorbeigeschoben und versucht wird, den Stein in der so gebildeten Schlinge zu fangen. For a long time, studies on the dissolution of urinary stones have been carried out carried out chemically, although so far only the dissolution of uric acid stiff by oral administration of certain chemicals has succeeded. For most of the stones However, according to today's ise, stone removal is carried out chemically excluded, which is why the meaning of transurethral carried out, by pure mechanical forces, stone destruction is understandable. The possibilities the transurethral destruction of urinary tract concrements are mainly directed depending on the location of the stone and the more or less difficult access. Bladder stones, which can reach the size of a chicken if you stay there for a long time, are relatively easy to destroy because of the relatively easy access via the Urethra for its crushing and subsequent removal a variety of Opportunities is available. # The same applies to the destruction of concrements in the kidney, for which devices have recently been used, with the help of which the Access is via a branch channel. For removing concretions in the ureters up to now there are very few actually useful methods; for example tried by drinking copious amounts of fluids in conjunction with antispasmodic Medicines and gymnastic exercises induce a spontaneous or deep-seated departure To remove ureter stones with a so-called Zeiss loop, including a catheter pushed past the stone with a nylon thread attached to the tip and tried will catch the stone in the noose thus formed.

Von all den bisher bekannt gewordenen, nicht oder nur wenig invasiven Verfahren zur Zerstörung von Harnwegkonkrementen zeichnet sich die Anwendung von Stoßwellen gegenüber allen anderen Möglichkeiten durch eine rasche und wirkungsvolle Zerstörung aus. Bei dieser allgemein als Stoßwellenlithotripsie bezeichneten Methode befindet sich das zu zerstörende Konkrement in einer Flüssigkeit im Inneren des Körpers des Patienten. Ein kurzdauernder,in der Flüssigkeit erzeugter Druckstoß mit großer Amplitude läuft über das Konkrement hinweg, sodaß aufgrund des Unterschieces in der Schallwellenirpedanz wischen Flüssigkeit und honkrement an der Auftreffseite der Stoßwelle Druckspannungen und an der Austrittsseite Zugspannungen entstehen, wodurch das Konkrement zerstört wird. In diesem Zusammenhang sind einige bekannte Verfahren bzw. zugehörige Einrichtungen hervorzuheben: Stoßwellen können durch einen elektrischen Funkenüberschlag innerhalb des Körpers in unmittelbarer Steinnähe erzeugt werden - diese Methode ist nur sinnvoll anwendbar bei relativ guter Zugangsmöglichkeit zum Konkrement, also beispielsweise bei Blasensteinen. Eine andere Möglichkeit zur elektrohydraulischen Steinzerstörung besteht darin, die Druckwelle außerhalb des Körpers zu erzeugen - etwa ebenfalls durch eine elektrische Funkenentladung - und mittels einem flüssigkeitsgefüllten Reflektor durch das Körpergewebe hindurch auf das zu zerstörende Konkrement zu fokussieren. Durch die dabei außerhalb des Körpers betriebene Funkenstrecke fallen Beschränkungen für Strom und Spannung weg, sodaß die Amplitude der entstehenden Stoßwelle wesentlich größer sein kann. Als Nachteil bei dieser ohne jeglichen Eingriff in den Körper des Patienten funktionierenden Methode ist zu nennen, daß die exakte Lokalisierung des Konkrements im zweiten Brennpunkt des Reflektors sehr schwierig und aufwendig ist, und über eine zweifache Röntgendurchstrahlung in orthogonalen Richtungen durchgeführt werden muß. Aus der AT-PS 309.663 ist beispielsweise bekannt, außerhalb des Körpers in einer starren, flüssigkeitsgefüllten und mit einer elastischen Membran einseitig verschlossenen Kammer durch elektrischen Funkenüberschlag erzeugte Stoßwellen über einen mit der Membran in Verbindung stehenden dünnen Metalldraht an vorzugsweise Harnleiterkonkremente heranzuführen. Durch die äußerst kurz dauernden, in axialer Richtung erfolgenden Bewegungen dieses Drahtes werden die zur Zerstörung der Konkremente notwendigen Kräfte übertragen. Of all those known so far that are not or only slightly invasive Procedure for the destruction of urinary tract concrements is characterized by the application of Shock waves over all other possibilities through a quick and effective one Destruction off. In this method, commonly known as shock wave lithotripsy the calculus to be destroyed is located in a liquid inside the Patient's body. A brief pressure surge generated in the liquid with large amplitude runs over the concrement, so that due to of the difference in sound wave impedance between liquid and honkrement compressive stresses on the impact side of the shock wave and tensile stresses on the exit side arise, whereby the calculus is destroyed. In this regard are some To emphasize known processes and associated facilities: shock waves can due to an electrical flashover within the body in the immediate vicinity Stone proximity can be created - this method is only useful for relatively good access to the concrement, for example in the case of bladder stones. Another possibility for electrohydraulic stone destruction is to to generate the pressure wave outside the body - for example also by an electric one Spark discharge - and through the body tissue by means of a liquid-filled reflector through it to focus on the calculus to be destroyed. By doing outside The spark gap operated by the body is subject to restrictions on current and voltage away, so that the amplitude of the resulting shock wave can be much larger. The disadvantage of this functioning without any intervention in the patient's body Method is to be mentioned that the exact localization of the calculus in the second focal point the reflector is very difficult and expensive, and a double X-ray irradiation must be carried out in orthogonal directions. From AT-PS 309.663, for example known to be outside the body in a rigid, fluid-filled and with a elastic membrane chamber closed on one side by electrical arcing generated shock waves via a thin metal wire connected to the membrane to preferably lead to ureteral concrements. Due to the extremely short Movements of this wire occurring in the axial direction lead to destruction transfer the necessary forces to the concrements.

Weiters ist beispielsweise aus der AT-PS 321.448 eine Methode bekanntgeworden, bei der eine bis an die Konkremen- te rerarfWhrbare schwingerregte Sonde verwendet wird, die ein er Liort einer gepulsten hochenergetischen Lichtzelle ausgesetztes flexibles Lichtleitsystem enthält, das ,um r.dest über einen Teil seiner Länge als Energiewandler zur Umsetzung von Lichtenergie in an der Sondenspitze wirksame Stoßenergie ausgebildet ist. Furthermore, a method has become known, for example from AT-PS 321.448, with one up to the concrete te r required noticeable vibration excitation Probe is used, which is a he liort of a pulsed high-energy light cell contains exposed flexible light guide system which, in order to r.dest over part of its Length as an energy converter for converting light energy into effective one at the probe tip Impact energy is formed.

Schließlich sind in neuester Zeit Einrichtungen der eingangs genannten Art bekannt geworden, bei denen gepulstes Licht eines gütegeschalteten Lasers am Austritt aus einem in den Harnweg einschiebbaren flexiblen Lichtleiter auf so große Leistungsdichte gebracht wird, daß dort befindliche Flüssigkeit schlagartig in den Plasmazustand übergeführt wird (=laserinduzierter Durchbruch). Dadurch entstehen die gewünschten mechanischen Stoßwellen mit großer Amplitude, die ihrerseits von der vorhandenen mittleren elektrischen Feldstärke und der Art des Mediums, in dem der Durchbruch auftritt, abhängen. Der von der Lage des Austrittsendes des für den Energietransport vom Laser zum zu zerstörenden Konkrement benutzten Lichtleiters definierte Ort des Durchbruches wird direkt an die Oberfläche bzw. in die unmittelbare Umgebung des zu zerstörenden Konkrements gelegt, was auch unter Sichtkontrolle durch einen zusätzlichen Bildleiter in einer in den Harnweg einschiebbaren Sonde erfolgen kann. Die entstehenden Stoßwellen dienen dann auf beschriebene Weise zur Zerstörung bzw. Zerkleinerung des Konkrements. Finally, in recent times facilities have been mentioned at the beginning Kind become known in which pulsed light from a Q-switched laser on Exit from a flexible light guide that can be pushed into the urinary tract to such a large extent Power density is brought that there located liquid suddenly in the Plasma state is transferred (= laser-induced breakthrough). This creates the desired mechanical shock waves with large amplitude, which in turn are caused by the existing mean electric field strength and the type of medium in which the breakthrough occurs will depend. Of the location of the exit end of the for the Energy transport from the laser to the concrement to be destroyed, the light guide used defined place of the breakthrough is directly on the surface or in the immediate Surrounding the calculus to be destroyed is placed, which is also carried out under visual inspection an additional image guide in a probe that can be inserted into the urinary tract can. The resulting shock waves are then used for destruction in the manner described or comminution of the calculus.

Schwierigkeiten treten bei den Einrichtungen der zuletzt genannten Art vor allen Dingen deswegen auf, da die zur Zerstörung benötigte Laserpulsenergie - um die Verwendung auch im Harnleiter zu ermöglichen - durch einen relativ dünnen Lichtleiter (Kerndurchmesser im Bereich von etwa 0,4 bis 1 mf transportiert werden muß, wobei an keiner Stelle des optischen Weges in der Einrichtung selbst die Schwellfeldstärke (unterhalb der statisch gesehen kein laserinduzierter Durchbruch auftritt) des entsprechenden Mediums überschritten werden darf, da ansonsten eine Zerstörung der Einrichtung eintreten würde. Während damit im Lichtleiter die Leisturgsdichte unterhalb der zu einem Durchbruch führenden liegt, muß - abgesehen von der Mglichkeit, zufolge der unterschiedlichen Eigenschaften des Lichtleiterrnaterials und der am Austritt aus demselben anschließenden Flüssigkeit, ohne jede Anderung der Leistungsdichte Durchbrüche unkontrollierbar nach dem Austritt aus dem Lichtleiter zu realisieren - austrittsseitig für eine Erhöhung der lokalen Energiedichte des Laserstrahls gesorgt werden, welche die Laserpulsleistung an einem gewünschten Ort konzentriert und dort sicher zum Durchbruch führt, Da die in diesem Zusammenhang auftretenden Leistungsdichten sehr hoch sind - so muß beispielsweise zur Erzielung eines Durchbruches in Wasser zur nachfolgenden sicheren Zerstörung eines Harnsteins beliebiger Zusammensetzung eine Feldstärke von mindestens 60 MV/m am Durchbruchort erzeugt werden, was etwa 14 mJ bei einem Strahldurchmesser am Durchbruchsort von 100 Fm entspricht - konnte bis dato noch keine Anordnung bereitgestellt werden, die die gestellten Anforderungen einfach und sicher erfüllt. Difficulties arise with the facilities of the latter Art mainly because of the laser pulse energy required for the destruction - to enable use in the ureter - by a relatively thin one Light guide (core diameter in the range of about 0.4 to 1 mf can be transported must, whereby at no point of the optical path in the device itself the threshold field strength (below which, from a static point of view, no laser-induced breakthrough occurs) of the corresponding Medium may be exceeded, otherwise the device will be destroyed would occur. While so im Light guides the power density below that leading to a breakthrough must - apart from the possibility According to the different properties of the light guide material and the am Exit from the same adjoining liquid without any change in the power density Realizing breakthroughs in an uncontrollable manner after exiting the light guide - Provided an increase in the local energy density of the laser beam on the exit side which concentrates the laser pulse power in a desired location and there certainly leads to a breakthrough, as the power densities that occur in this context are very high - so must, for example, to achieve a breakthrough in water for the subsequent safe destruction of a urinary stone of any composition a field strength of at least 60 MV / m can be generated at the breakthrough location, which is about 14 mJ with a beam diameter at the point of penetration of 100 Fm - could To date, no arrangement has been made available that meets the requirements easily and safely fulfilled.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dafür zu sorgen, daß auf einfache, robuste, leicht herstellbare und billige Weise eine Erhöhung der lokalen Energiedichte an der Austrittsseite des Lichtleiters möglich wird, wobei die zusätzlichen Verluste möglichst klein gehalten werden sollen, damit nicht die zur Erzielung eines Durchbruchs erforderliche zuzuführende Leistung im Lichtleiter wiederum erhöht werden muß. Weiters soll sichergestellt werden, daß der Durchbruch an einem definierten Ort in bestimmtem Abstand vom Austrittsende des Lichtleiters erfolgt, damit Beschädigungen der Austrittsfläche durch die entstehenden Druckwellen selbst bzw. auch durch abgesprengte Materialteilchen vom zu zerstörenden Konkrement verhindert werden. The object of the present invention is, in a device of the type mentioned to ensure that simple, robust, easy to manufacture and cheap way an increase of the local energy density on the exit side of the light guide becomes possible, the additional losses being kept as small as possible should be so that not the necessary to achieve a breakthrough to be fed Power in the light guide must in turn be increased. Furthermore, it should be ensured be that the breakthrough at a defined location at a certain distance from the exit end of the light guide takes place, so that damage to the exit surface by the resulting Pressure waves themselves or also due to material particles that are blasted off from the to be destroyed Concrement can be prevented.

Schließlich muß für die unmittelbare Anwendung im Organismus des Patienten auch sichergestellt werden, daß am Lichtleiteraustritt - im Strahlengang des Laserlichts gesehen -hinter dem Ort des Durchbruches die Leistungsdichte rasch abrirrt, Cit das umgebende Gewebe geschont wird.After all, it must be for direct use in the patient's organism also ensure that at the light guide exit - in the beam path of the laser light seen behind the breakthrough the power density quickly strays, Cit the surrounding tissue is spared.

sie der vorliegenden Erfindung wird eine Lösung der ~genannter Aufgaben bei einer Einrichtung der eingangs gencceten erl dadurch erreicht, daß die austrittsseitige Anordnung zur Erhöhung der lokalen Energiedichte von einem eine kegelstumpfförmige, reflektierende Innenfläche aufweisenden, hohlen Lichttrichter gebildet ist, dessen dem Lichtleiteraustritt zugewandte, größere Eintrittsfläche größer oder gleich dem Austrittsquerschnitt des Lichtleiters ist. Dieser Lichttrichter bildet ein nichtfokussierendes, lichtkonzentrierendes System, bei dem die größte Energie- bzw. Leistungsdichte in der dem Lichtleiteraustritt abgewandten kleineren Austrittsfläche auftritt. Unter idealen Reflexionsbedingungen sowie unter der Annahme, daß eine Strahlumkehr im Inneren des Lichttrichters durch die geometrischen Verhältnisse ausgeschlossen wird, muß die gesamte an der Eintrittsfläche in den Lichttrichter eintretende Strahlung naturgemäß auch an der Austrittsfläche wieder austreten, weshalb sich auch die erzielbare Erhöhung der lokalen Energie- bzw. it of the present invention is a solution to the stated objects in a device of the initially gencceten Erl achieved in that the outlet side Arrangement to increase the local energy density of a frustoconical, reflective inner surface having, hollow light funnel is formed, the the light guide exit facing, larger entry surface greater than or equal to Exit cross-section of the light guide is. This light funnel forms a non-focusing, light-concentrating system in which the greatest energy or power density in the smaller exit area facing away from the light guide exit occurs. Under ideal reflection conditions and assuming that a beam reversal in Inside the light funnel is excluded by the geometric relationships, all radiation entering the light funnel at the entrance surface must be naturally also emerge again at the exit surface, which is why the achievable Increase in local energy or

Leistungsdichte unmittelbar aus dem Verhältnis der beiden Flächen errechnen läßt. Die praktischen Zusammenhänge sind etwas komplizierter - soweit sie zum Verständnis der vorliegenden Erfindung wesentlich sind, ist im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung darauf bezug genommen.Power density directly from the ratio of the two areas can be calculated. The practical connections are a bit more complicated - so far they are essential to an understanding of the present invention is in context referred to with the description of the figures.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Lichttrichter am austrittsseitigen Ende einer in den Harnweg einschiebbaren flexiblen Sonde angeordnet ist, in der der Lichtleiter unter Einhaltung eines einen Spülkanal bildenden Zwischenraumes gehalten ist, und daß der Innenraum des Lichttrichters vom Spülkanal beaufschlagt und während des Betriebes der Einrichtung ständig mit Spülmedium durchspülbar ist. Durch den einen Spülkanal bildenden Zwischenraum zwischen dem Lichtleiter und der Sonde selbst kann Spülmedium - vorzugsweise natürlich eine Flüssigkeit - zugeführt werden, welches in den Lichttrichter eintreten und den Innenraum desselben ständig spülen kann. Dies ist sehr vorteilhaft, da damit das Eindringen von Partikeln des bearbeiteten Konkrements in den Lichttrichter bzw. das Anlagern derartiger Partikel an die Austrittsfläche des Lichtleiters, was unrnittelbar zum Auslösen eines Durchbruchs und damit zur Zerstörung der Austrittsseite des Lichtleiters führen würde, verhindert ist. Weiters ist mit einer derartigen Spülung auch sichergestellt, daß die am Ort des induzierten Durchbruchs durch die Plasmabildung entstehenden Gasblasen abgeführt werden, die ansonsten zufolge ihrer Absorptions-und Reflexionswirkung die nachfolgende Entstehung von weiteren Durchbrüchen beeinträchtigen oder verhindern würden. In a further development of the invention it is provided that the light funnel arranged at the outlet end of a flexible probe that can be pushed into the urinary tract is, in which the light guide while maintaining a space forming a flushing channel is held, and that the interior of the light funnel is acted upon by the flushing channel and can be continuously flushed with flushing medium during operation of the device. Through the space between the light guide and the The probe itself can be supplied with flushing medium - preferably a liquid, of course which enter the light funnel and the interior of the same constantly can rinse. This is very beneficial as it allows penetration from Particles of the processed calculus in the light funnel or the deposits of such Particles on the exit surface of the light guide, which inevitably leads to triggering a breakthrough and thus lead to the destruction of the exit side of the light guide would be prevented. Furthermore, flushing of this type also ensures that that those arising at the site of the induced breakthrough by the plasma formation Gas bubbles are discharged, which otherwise owing to their absorption and reflection effects impair or prevent the subsequent formation of further breakthroughs would.

In vorteilhafter Weise ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Eintritt des Spülmediums an der dem Lichtleiter zugewandten Eintrittsfläche des Lichttrichters und der Austritt unmittelbar an der gegenüberliegenden kleineren Austrittsfläche vorgesehen. According to a further embodiment, the Invention of the entry of the flushing medium at the entry surface facing the light guide of the light funnel and the exit directly on the opposite smaller one Exit surface provided.

Damit entfallen zusätzliche Ein- und Austrittsöffnungen an dem üblicherweise ohnedies sehr klein auszuführenden Lichttrichter, womit dessen Reflexionseigenschaften und mechanische Festigkeit nicht beeinträchtigt werden.This eliminates the need for additional inlet and outlet openings at the usual anyway very small to be made light funnel, with which its reflective properties and mechanical strength are not impaired.

Insbesonders im Zusammenhang mit der beschriebenen Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Lichttrichter mit der Sonde verbunden ist und gegenüber dem in Richtung zur Eintrittsseite aus der Sonde axial entfernbaren Lichtleiter eine ringförmige Freistellung aufweist. Dies ermöglicht einerseits auf einfache Weise die Sicherstellung der beschriebenen Spülung des Lichttrichters; andererseits ist damit der zur Erhöhung der lokalen Leistungsdichte dienende Lichttrichter fix mit der in den Harnweg einschiebbaren Sonde in Verbindung, wogegen der Lichtleiter axial in Richtung zur Eintrittsseite herausziehbar ist, womit beispielsweise das Auswechseln eines zerstörten Lichtleiters1 während die Sonde im Harnweg verbleibt, möglich wird, was für die praktische Handhabung der Einrichtung sehr wesentlich ist. Especially in connection with the configuration described it is advantageous if, according to a further embodiment of the invention, the light funnel is connected to the probe and opposite that in the direction of the inlet side the probe axially removable light guide has an annular clearance. On the one hand, this enables the described above to be ensured in a simple manner Rinsing the light funnel; on the other hand it is the one to increase the local Light funnel that serves high power density with the one that can be inserted into the urinary tract Probe in connection, whereas the light guide is axially in the direction of the entry side can be pulled out, with which, for example, the replacement of a destroyed light guide1 while the probe remains in the urinary tract, what becomes possible for practical handling the establishment is very essential.

:aoh einer besonders bevorzugten Äusgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die relative Lage zwischen dew Al~s-rntvs-erschniçt des Lichtleiters und der Eintrittsfläche es Lichttricnters, insbesonders die axiale Ausrichtung zwischen Lichtleiteraustritt und Lichttrichter, durch Zentrierelemente an der Sonde reproduzierbar festgelegt ist. Diese Ausgestaltung ist insbesonders bedeutsam im Zusammenhang mit der beschriebenen Herausziehbarkeit des Lichtleiters bei an der Sondenspitze fest verbunden bleibendem Lichttrichter, da zur Sicherung der optimalen Wirkung des Lichttrichters dieser im wesentlichen koaxial zum Austrittsende des Lichtleiters liegen muß. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Sonde zumindest im Bereich ihres austrittsseitigen Endes von einem Schrumpfschlauch gebildet, in dem der außen zylindrische Lichttrichter zentrisch fixiert ist und der als Zentrierelement für das austrittsseitige Ende des Lichtleiters mit einer spiralförmigen Schrumpfnut versehen ist. : aoh is a particularly preferred embodiment of the invention provided that the relative position between the Al ~ s-rntvs-section of the light guide and the entrance surface of the light tricnters, in particular the axial alignment between Light guide exit and light funnel, reproducible by centering elements on the probe is fixed. This configuration is particularly important in connection with the described pull-out ability of the light guide at the probe tip connected to the light funnel, as to ensure the optimal effect of the light funnel this must be essentially coaxial with the exit end of the light guide. In this connection is according to an advantageous further embodiment of the invention the probe at least in the area of its exit end from a shrink tube formed, in which the outside cylindrical light funnel is fixed centrally and as a centering element for the exit end of the light guide with a spiral shrink groove is provided.

Schrumpfschläuche sind heutzutage für verschiedenste Anwendungen gebräuchlich und ermöglichen zufolge des verwendeten Kunststoffmaterials durch lokale Temperatureinwirkung eine kontrollierbare Schrumpfung bzw. Durchmesserverringerung. Bei der genannten Ausgestaltung der Erfindung nutzt man diese Eigenschaft, indem beispielsweise durch spiralförmiges Aufwickeln eines mittels Strom aufheizbaren Drahtes auf das austrittsseitige Ende der Sonde eine das austrittsseitige Ende des Lichtleiters in der Sonde ohne wesentlichen Ouerschnittsverlust für das Durchströmen des Spülmediums zentrierende spiralförmige Schrumpfnut erzeugt wird, die bei einem Austausch des Lichtleiters für die erforderliche genaue Zentrierung des neuen Lichtleiters gegenüber dem Lichttrichter sorgt.Nowadays, shrink tubing is used for a wide variety of applications and allow due to the plastic material used by local temperature effects a controllable shrinkage or diameter reduction. In the case of the mentioned Embodiment of the invention one uses this property, for example by spiral winding of a wire that can be heated by means of electricity on the outlet side End of the probe one the exit-side end of the light guide in the probe without essential cross-sectional loss for the flow of the flushing medium centering Spiral shrink groove is generated when the light guide is replaced for the required exact centering of the new light guide in relation to the light funnel cares.

In bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Lichttrichter exzentrisch am Austrittsende einer den Lichtleiter zusammen mit einem zusätzlichen Bildleiter und einem Absaug- bzw. Rückspülschlauch aufweisenden Sonde angebracht ist. Derartige Ureteren-Katheter können damit ohne weiteres so klein ausgeführt werden, daß der gesamte Außendurchmesser 2,6 bis 3 mm nicht übersteigt, was für die Anwendung im Harnleiter Bedingung ist. über den Lichtleiter kann dabei einerseits die zur Zerstörung des Konkrements über laserinduzierten Durchbruch erforderliche Energie zugeführt und andererseits auch für eine Beleuchtung der unmittelbaren Umgebung des Sondenkopfes gesorgt werden, sodaß über den separaten Bildleiter ständig die Lage des Sondenkopfes relativ zum umgebenden Gewebe bzw. zum zu zerstörenden Konkrement kontrolliert werden kann. Der zwischen Lichtleiter, Bildleiter und Rückspülschlauch verbleibende Querschnitt der Sonde wird als Spülkanal zur Zufuhr von Spülflüssigkeit zum Sondenkopf und damit zum Innenraum des Lichttrichters verwendet. Das verunreinigte Spülmedium und auch die vom zu zerstörenden Konkrement abgesprengten Teilchen werden durch den Absaug- bzw. In a preferred further embodiment of the invention it is provided that the light funnel eccentrically at the exit end of the light guide together having an additional image guide and a suction or backwash hose Probe is attached. Such Ureteral catheters can use it can easily be made so small that the entire outer diameter is 2.6 to Does not exceed 3 mm, which is a condition for use in the ureter. on the On the one hand, light guides can be used to destroy the calculus via laser-induced Breakthrough supplied energy and on the other hand also for lighting the immediate vicinity of the probe head must be taken care of, so that the separate Image guide constantly shows the position of the probe head relative to the surrounding tissue or the calculus to be destroyed can be checked. The one between the light guide, Image conductor and backwash hose remaining cross section of the probe is called a rinsing channel for supplying rinsing liquid to the probe head and thus to the interior of the light funnel used. The contaminated flushing medium and also that of the concrement to be destroyed Particles that are blasted off are removed by the suction or

Rückspülschlauch entfernt, womit zur Entlastung des Patienten gleichzeitig mit der Steinzerstörung auch der Abtransport sichergestellt ist.Backwash hose removed, thereby relieving the patient at the same time the removal of the stone is also ensured with the destruction of the stone.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einem Kerndurchmesser des Lichtleiters von etwa 0,6 mm des Lichttrichters eine wirksame Länge von etwa 1 mm, einen Durchmesser der Eintrittsfläche von etwa 0,6 mm und einen Durchmesser der Austrittsfläche von etwa 0,14 mm aufweist. Damit ergibt ° sich ein Trichterhalbwinkel von etwa 13 und für achsparallel einfallende Strahlung eine maximal zweifache Reflexion im Lichttrichter1 wodurch die Reflexionsverluste gering gehalten werden können. According to a further advantageous embodiment of the invention is provided that with a core diameter of the light guide of about 0.6 mm of the light funnel an effective length of about 1 mm, a diameter of the entrance surface of about 0.6 mm and a diameter of the exit surface of about 0.14 mm. In order to ° results in a funnel half-angle of about 13 and for axially parallel incidence Radiation a maximum of two reflections in the light funnel1, which reduces the reflection losses can be kept low.

Der Lichttrichter kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung anschließend an die kegelstumpfförmige Innenfläche an der Eintritts- und/oder Austrittsseite einen vorzugsweise zylindrischen Ansatz aufweisen, der auch aus anderem Material bestehen kann. Damit kann einerseits an der Eintrittsseite des Lichttrichters unmittelbar eine Anlage bzw. Zentriermöglichkeit für das Austrittsende des Lichtleiters geschaffen werden und an- errrsfits an der Austrittsseite des Lichttrichters erforderlic#enfals eine Verstärkung, die die Standfestigkeit aes austrittoseitigen Endes des Lichttrichters gegen die iirknSen der auftretenden Schockwellen erhöht, erreicht werden. The light funnel can according to a further embodiment of the invention then to the frustoconical inner surface on the entry and / or exit side have a preferably cylindrical extension, which is also made of another material can exist. On the one hand, this can be done directly on the entry side of the light funnel a facility or centering facility for the exit end of the light guide created become and errrsfits on the exit side of the light funnel If reinforcement is required, the stability of the outlet side The end of the light funnel is raised against the inside of the shock waves that occur, can be achieved.

Der Licht trichter kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zumindest im Bereich seiner Innenfläche aus Metall mit guter Reflexionseigenschaft für die verwendete Laserstrahlung, vorzugsweise aus Gold, Kupfer oder Aluminium, oder Legierungen damit, bestehen, oder aber - was für die Herstellung gewisse Vorteile bringt - aus im Bereich der Innenfläche mit gut reflektierendem Material oberflächenbeschichteter Keramik oder Sintermaterial hergestellt sein. The light funnel can according to an advantageous embodiment of the Invention at least in the area of its inner surface made of metal with good reflective properties for the laser radiation used, preferably made of gold, copper or aluminum, or alloys with it, exist, or else - what certain advantages for the production brings - from surface-coated in the area of the inner surface with a highly reflective material Ceramic or sintered material be made.

Zur Spülung des Lichttrichters im Betrieb der Einrichtung ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein flüssiges Spülmedium. vorgesehen, dessen Eigenschaften die notwendige Leistungsdichte zur Erzeugung eines laserinduzierten Durchbruchs verringern, womit die Belastung des Lichtleiters weiter herabgesezt werden kann, ohne sich in Gefahr zu begeben, die für einen sicheren Durchbruch erforderliche Schwellfeldstärke am Lichtleiteraustritt nicht mehr zur Verfügung zu haben. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine NaCl-Lösung mit ungefähr dreifach physiologischer Konzentration erwiesen, welche die Schwellfeldstärke (damit sei hier diejenige Feldstärke bezeichnet, bei der in 5 % der Fälle noch ein Durchbruch auftritt) gegenüber etwa 40 MV/m in destilliertem Wasser auf ungefähr die Hälfte (20 MV/m) herabsetzt. To flush the light funnel when the device is in operation, see a further advantageous embodiment of the invention, a liquid flushing medium. provided, the properties of which have the necessary power density to generate a laser-induced breakdown, which further reduces the load on the light guide Can be belittled without putting yourself at risk for a safe Breakthrough required threshold field strength at the light guide exit no longer to To have available. An NaCl solution has proven to be particularly advantageous about three times the physiological concentration, which is the threshold field strength (This denotes the field strength at which in 5% of the cases there is still a Breakthrough occurs) versus about 40 MV / m in distilled water to approximately halved (20 MV / m).

Die Erfindung wird im folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen in den Zeichnungen näher beschrieben. The invention is explained below with reference to the partially schematic Representations in the drawings described in more detail.

Fig. 1 zeigt eine Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung, Fig. 2 das Austrittsende des Lichtleiters in einer abgewandelten Ausführung, Fig. 3 eine Prinzipskizze der Reflexionsverhältnisse eines unter einem Winkel zur optischen Achse einfallenden Strahls in einem Lichttrichter, wie er bei einer Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung Verwendung findet, Fig. 4 die Reflexionsverhältnisse eines koaxial in den Lichttrichter einfallenden Parallelstrahlenbündels in einem Lichttrichter einer Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung, Fig, 5 einen schematischen Querschnitt in vergrößertem Maßstab durch einen Ureteren-Katheter ausgebildet nach der vorliegenden Erfindung, Fig. 6 einen teilweisen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5, Fig. 7 einen teilweisen Schnitt durch die Sondenspitze einer anderen Einrichtung nach der Erfindung und Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer der Fig. 7 entsprechenden Darstellung. Fig. 1 shows a device according to the present invention in Schematic representation, FIG. 2 shows the exit end of the light guide in a modified form Execution, 3 shows a schematic diagram of the reflection conditions a beam incident at an angle to the optical axis in a light funnel, as it is used in a device according to the present invention, 4 shows the reflection conditions of a coaxially incident in the light funnel Parallel beam in a light funnel of a device according to the present invention Invention, FIG. 5 shows a schematic cross section on an enlarged scale a ureteral catheter constructed in accordance with the present invention, FIG. 6 a partial section along the line VI-VI in Fig. 5, Fig. 7 is a partial section through the probe tip of another device according to the invention and FIG Another embodiment in a representation corresponding to FIG. 7.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung dient primär zur Zerstörung von Harnwegkonkrementen, insbesonders solchen im Harnleiterbereich, ist aber - im wesentlichen ohne irgendwelche Änderungen, und auf alle Fälle ohne die vorliegende Erfindung berührende Änderungen - auch unmittelbar verwendbar zur Zerkleinerung bzw. Zerstörung beliebiger anderer Konkremente im menschlichen oder tierischen Organismus, zur Öffnung arterieller Verschlüsse (Stenosen) od. dgl. sowie ganz allgemein zur Materialbearbeitung durch Bohren, Schneiden, Schweißen od. dgl. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz einer derartigen Einrichtung insbesonders dort, wo zufolge der äußeren Umstände ein flexibler Zugang über dünne Kanäle, Öffnungen od. dgl. zur zu bearbeitenden Stelle erforderlich ist. The device shown in Fig. 1 according to the present invention serves primarily to destroy urinary tract concrements, especially those in the ureter area, but is - essentially without any changes, and in any case without Changes affecting the present invention - can also be used directly for Comminution or destruction of any other calculus in the human or animal organism, for opening arterial occlusions (stenoses) or the like. As well as in general for material processing by drilling, cutting, welding or the like. The use of such a device is particularly advantageous where, according to external circumstances, flexible access via thin channels or openings or the like. Is required for the job to be processed.

Im wesentlichen besteht die Einrichtung aus einer hier nur angedeuteten Anordnung 1 zur Erzeugung kurzzeitiger, cceretlscvr Laserpulse, einem damit eintrittsseitig ln erbin#ung stehenden flexiblen Lichtleiter 2, sowie rar am Pustrittaande 3 des Lichtleiters 2 vorgesehenen Anordnung 4 zur Erhöhung der lokalen Energiedichte des aus dem Lichtleiter 2 austretenden Laserstrahls. Die Anordnung 1 zur Erzeugung kurzzeitiger, hochenergetischer Laserpulse kann beispielsweise einen gütegeschalteten Neodym-YAG-Laser mit einer abgestrahlten Wellenlänge von 1064 nm und einer Pulsdauer tp= 1,5 . 10 8 sec enthalten, dessen Photonenenergie mit 1,2 eV zwar weit unter der benötigten Ionisierungsenergie von Atomen oder Molekülen liegt, der aber zufolge der durch mehrere gleichzeitige Photonen ermöglichten Multiphotonenabsorption auch ohne Vorhandensein freier Elektronen zur Induzierung eines Durchbruchs geeignet ist. Der auf hier nicht weiter interessierende Weise ins Kernmaterial 5 des Lichtleiters 2 eingekoppelte Laserstrahl wird zufolge Totalreflexion an der Trennschicht zur optischen Isolation 6 im Inneren des Lichtleiters 2 weitergeleitet und tritt am Austrittsende 3 im wesentlichen parallel zur Achse 7 aus. Nur zur Verdeutlichung der Dimensionen sei hier erwähnt, daß der Kerndurchmesser 8' eines verwendeten Lichtleiters beispielsweise 0,6 mm und die Länge des Lichtleiters zwischen Eintritt und Austritt etwa 0,8 m bis zu mehreren Metern betragen kann. Essentially, the device consists of one that is only hinted at here Arrangement 1 for generating short-term, cceretlscvr laser pulses, a flexible light guide 2 connected to it on the entry side, as well as rar on the Pustrittaande 3 of the light guide 2 provided arrangement 4 for increasing the local energy density of the laser beam emerging from the light guide 2. the Arrangement 1 for generating short-term, high-energy laser pulses can, for example a Q-switched neodymium-YAG laser with an emitted wavelength of 1064 nm and a pulse duration tp = 1.5. 10 8 sec included, its photon energy at 1.2 eV, it is far below the required ionization energy of atoms or molecules which is due to the multiphoton absorption made possible by several simultaneous photons also suitable for inducing a breakdown in the absence of free electrons is. In a way that is not of further interest here into the core material 5 of the light guide 2 coupled laser beam is due to total reflection at the separating layer for optical isolation 6 forwarded inside the light guide 2 and occurs on Exit end 3 essentially parallel to axis 7. Just for the sake of clarity of the dimensions, it should be mentioned here that the core diameter 8 'of a light guide used for example 0.6 mm and the length of the light guide between entry and exit can be about 0.8 m to several meters.

Obwohl prinzipiell der Lichtleiter 2 auch als Faserbündel mit vielen dünnen Einzelfasern und verkitteten Stirnflächen ausgeführt werden könnte, hat sich ein einzelner Lichtleiter als zweckmäßiger erwiesen. Although in principle the light guide 2 also as a fiber bundle with many thin individual fibers and cemented end faces could be executed, has a single light guide proved more convenient.

Am Austrittsende 3 des Lichtleiters 2 ist wie erwähnt eine Anordnung 4 zur Erhöhung der lokalen Energie- bzw. As mentioned, there is an arrangement at the exit end 3 of the light guide 2 4 to increase the local energy or

Leistungsdichte des aus dem Lichtleiter 2 austretenden Laserstrahls vorgesehen, welche dazu dient, die lokale Leistungsdichte am Ort des gewünschten Durchbruchs - hier der Bereich 8 - auf ein zur Erzielung eines sicheren Durchbruchs im dort befindlichen Medium ausreichendes Maß zu erhöhen. Im gesamten übrigen Weg des Laserstrahls und insbesonders im Lichtleiter 2 muß natürlich dafür gesorgt sein, daß an keiner Stelle die Schwellfeldstärke für das jeweilige Medium überschritten wird, da ansonsten dort ein Durchbruch auftreten und zur Zerstörung bzw. zum Funktionsausfall der Einrichtung führen würde. Außerdem darf im Hinblick auf die im Kernmaterial 5 des Lichtleiters 2 stattfindende Absorption des Laserstrahls die zu übertragende Leistung nicht zu hoch sein, da ansonsten die Sicherheit für den Dauerbetrieb insbesonders auch in thermischer Hinsicht nicht gegeben wäre. Um einen sicheren Betrieb der Einrichtung zu ermöglichen, ist es also notwendig, am Austrittsende 3 des Lichtleiters 2 für eine Erhöhung der lokalen Energiedichte zu sorgen, damit einerseits am gewünschten Durchbruchsort die erforderliche Feldstärke bereitsteht und andererseits die Leistungsdichte im Lichtleiter 2 möglichst klein bleibt, In Fig. 1 ist die austrittsseitige Anordnung 4 zur Erhöhung der lokalen Energiedichte von einem eine kegelstumpfförmige, reflektierende Innenfläche 9 aufweisenden hohlen Lichttrichter 10 gebildet, dessen dem Lichtleiteraustritt 11 zugewandte, größere Eintrittsfläche 12 größer oder gleich dem Austrittsquerschnitt des Lichtleiters 2 ist. Unter der Voraussetzung idealer Reflexionsbedingungen im Inneren des Lichttrichters 10 sowie unter der Voraussetzung, daß die geometrischen Verhältnisse im Lichttrichter 10 eine Rückreflexion unterbinden, muß alles an der Eintrittsfläche 12 in den Lichttrichter 10 eintretende Licht an der kleineren Austrittsfläche 13 den Lichttrichter 10 wieder verlassen, womit unmittelbar einsichtig ist, daß die Leistungsdichte entsprechend dem Verhältnis der Eintrittsfläche 12 (bzw. dem Austrittsquerschnitt des Lichtleiters 2) zur Austrittsfläche 13 erhöht wird, wobei die höchste Leistungsdichte in der Austrittsfläche 13 auftritt. Durch entsprechende Wahl der geometrischen Verhältnisse kann damit leicht gesichert werden, daß die zur Erzielung eines sicheren laserindu- zierten Duron#ruchs erforderliche Feldstärke erst im Eereich 5 bzw. in bereich der Austrittsfläche 13 erreicht wird, wodurch er Lichtleiter 2 und insbesonders dessen Austritt 11 wie gewünscht geschont werden. Näheres zur Wirkung und Ausgestaltung des Lichttrichters wird untenstehend zu den Fig. 3 und 4 besprochen.Power density of the laser beam emerging from the light guide 2 provided, which serves the local power density at the location of the desired Breakthrough - here the area 8 - on one to achieve a safe breakthrough to increase sufficient level in the medium located there. All the rest of the way of the laser beam and especially in the light guide 2 must of course it must be ensured that the threshold field strength for the respective Medium is exceeded, otherwise there will be a breakthrough and destruction or would lead to a malfunction of the facility. Also allowed in view on the absorption of the laser beam taking place in the core material 5 of the light guide 2 the power to be transmitted should not be too high, otherwise the security for continuous operation would not be given, especially from a thermal point of view. Around To enable safe operation of the facility, it is therefore necessary on Exit end 3 of the light guide 2 to increase the local energy density ensure that, on the one hand, the required field strength at the desired breakthrough location is available and, on the other hand, the power density in the light guide 2 is as small as possible remains, In Fig. 1, the outlet-side arrangement 4 is to increase the local Energy density of a frustoconical reflective inner surface 9 having hollow light funnel 10 formed, the light guide outlet 11 of which facing, larger entry surface 12 greater than or equal to the exit cross section of the light guide 2 is. Assuming ideal reflection conditions inside the light funnel 10 and provided that the geometric relationships in the light funnel 10 prevent back reflection, everything at the entrance surface 12 must enter the light funnel 10 entering light at the smaller exit surface 13 the light funnel 10 again leave, which makes it immediately clear that the power density accordingly the ratio of the entrance surface 12 (or the exit cross-section of the light guide 2) is increased to the exit surface 13, with the highest power density in the Exit surface 13 occurs. By appropriate choice of the geometric relationships can thus easily be ensured that the laser indus- adorned Duron # smell required field strength only in area 5 or in the area of the exit surface 13 is achieved, whereby he light guide 2 and in particular its exit 11 like desired to be spared. More about the effect and design of the light funnel is discussed below for FIGS. 3 and 4.

Wenn nun durch einen hochenergetischen Laserpuls im Bereich 8 an der Austrittsfläche 13 des Lichttrichters 10 die zur Erzielung eines Durchbruchs im dort befindlichen Medium erforderliche Feldstärke überschritten wird, wird die am Ort des Durchbruchs befindliche Materie, gleichgültiglob sie sich im gasförmigen, flüssigen oder festen Aggregatzustand befindet, schlagartig in den Plasmazustand übergeführt. Gleichzeitig mit dem Auftreten des Plasmas werden Stoßwellen festgestellt, deren Amplitude von der mittleren elektrischen Feldstärke und auch von der Art des Mediums abhängen. Die wichtigsten Stadien des Durchbruchverlaufs sind: die Plasmaentstehung, die Plasmaexpansion, das Abklingen der Plasmaexpansion und die Abstrahlung der Stoßwelle sowie die Ausbreitung der Stoßwelle im Medium. If now by a high-energy laser pulse in area 8 on the exit surface 13 of the light funnel 10 to achieve a breakthrough The field strength required in the medium located there is exceeded, the matter located at the place of the breakthrough, regardless of whether it is in the gaseous, liquid or solid aggregate state, suddenly into the plasma state convicted. Simultaneously with the appearance of the plasma, shock waves are detected, whose amplitude depends on the mean electric field strength and also on the type of Depend on the medium. The most important stages of the breakthrough process are: plasma formation, the plasma expansion, the decay of the plasma expansion and the radiation of the shock wave as well as the propagation of the shock wave in the medium.

Während der erste Teil der während der Dauer des Laserpulses eingestrahlten Energie vorzugsweise der Plasmaproduktion dient, steigt in weiterer Folge die Plasmatemperatur aufgrund der folgenden Lichtabsorption aus dem restlichen Laserpuls stark an und erreicht dabei mehrere tausend Kelvin. Die Grenzschicht der Plasmablase gegen das angrenzende Medium stellt eine Unstetigkeitsfläche bezüglich Dichte, Druck und Temperatur dar, welche sich als Stoßwelle ausbreitet und während der Expansionsphase mit der Plasmabegrenzung identisch ist. Nach der Ende der Laserpulseinstrahlung wird die Plasmabewegung verlangsamt und die Unstetigkeitsfläche (Stoßwelle) breitet sich mit Überschallgeschwindigkeit im angrenzenden Medium aus. Das zurückbleibende erkaltende Plasma führt in Flüssigkeiten zur Ausbildung von Kavitation und wird durch den hydrostatischen Druck der umgebenden Flüssigkeit so stark komprimiert, bis der Innendruck dem Au.erdruc.e entgegenwirkt. Dadurch beginnt die Blase zu oszillieren, wobei Jedesmal nach Durchlaufen des trinimalvolunjens der Blase eine weitere Stoßwelle abgestrahlt wird. Zufolge des damit verbundenen Energieverlusts wird die Blasenschwingung rasch gedämpft und klingt dann aus. During the first part of the irradiated during the duration of the laser pulse Energy is used primarily for plasma production, the plasma temperature rises as a result due to the subsequent light absorption from the remaining laser pulse strongly on and reaches several thousand Kelvin. The boundary layer of the plasma bubble against the adjacent medium represents a discontinuity surface with regard to density, pressure and temperature which spreads as a shock wave and during the expansion phase with the Plasma delimitation is identical. After the end of the laser pulse irradiation, the Plasma movement slows down and the discontinuity surface (shock wave) spreads at supersonic speed in the adjacent medium. The remaining cold Plasma leads to the formation of cavitation in liquids and is caused by the hydrostatic Pressure of the surrounding The liquid is so strongly compressed that the Internal pressure counteracts the external pressure. This causes the bubble to oscillate each time after passing through the trinimal volume of the bladder another shock wave is emitted. As a result of the associated loss of energy, the bubble oscillation quickly muffled and then fades away.

Wenn man in den Bereich des induzierten Durchbruchs bzw. der schwingenden Plasmablase Material mit gegenüber der Umgebung unterschiedlicher Schallimpedanz - also beispielsweise einen Harnstein - bringt, so wird dieses von den genannten Stoßwellen getroffen, wodurch aufgrund der Schallimpedanzunterschiede an den Grenzflächen mechanische Spannungen auftreten, die das Konkrement zerstören. If you move into the area of the induced breakdown or the oscillating Plasma bubble Material with a sound impedance that differs from the environment - so for example a urinary stone - brings this one from the named Shock waves hit, which due to the sound impedance differences at the interfaces mechanical stresses occur which destroy the calculus.

Soferne der Durchbruch unmittelbar in der Nähe der Oberfläche des Konkrements stattfindet, wirken zusätzlich Kavitationseffekte unterstützend bei der Konkrementzerstörung bzw. Zerkleinerung mit.As long as the breakthrough is in the immediate vicinity of the surface of the If concretions take place, cavitation effects also have a supportive effect the destruction of calculus or comminution with.

In Fig. 2 ist eine andere Variante des Austrittsendes 3 des Lichtleiters 2 dargestellt, wobei die Erhöhung der lokalen Energiedichte des austretenden Laserstrahls durch eine am Kernmaterial 5 angeschmolzene Kuppe 14 erreicht wird, die nach Art einer Linse wirkt. In Fig. 2 is another variant of the exit end 3 of the light guide 2, with the increase in the local energy density of the exiting laser beam is achieved by a dome 14 fused to the core material 5, which according to Art a lens acts.

Auch dadurch können laserinduzierte Durchbrüche an einem definierten Ort knapp vor dem Austrittsende 3 unter Schonung des Lichtleiters 2 erzeugt werden. In Fig. 3 ist die reflektierende Innenfläche 9 des Lichttrichters dargestellt; mit a ist der Radius der Eintrittsfläche (12 in Fig. 1), mit b der Radius der Austrittsfläche (13 in Fig. 1), mit x die wirksame Länge des Lichttrichters und mit T der halbe Öffnungwinkel des Lichttrichters bezeichnet. Ein unter dem Winkel ~e in den Lichttrichter einfallender Strahl 15 wird im dargestellten Beispiel zweimal an der Innenfläche 9 reflektiert, wobei der Winkel zur Achse 16 immer steiler wird. Bei der dritten Reflexion (am Ansatz der Austrittsfläche 13) würde der Strahl - wie strichliert angedeutet - umkehren und wieder in Richtung zur Eintrittsfläche 12 rückreflektiert werden, was aber für die zwecke der vcrliegenden Erfindung verhindert wer-Wen 27 ca Damit der Laserstrahl zurück in den Lichtleiter reflektiert und zu einer überbelastung und Zerstörung dessen führen würde. Man muß also dafür sorgen, daß der i Lichttrichter reflektierte Strahl diesen vor dem Eintritt der Rückreflexion verlassen kann - der Austrittswinkel ist hier mit ~a bezeichnet.This also allows laser-induced breakthroughs to be defined on a Place just before the exit end 3 while protecting the light guide 2. In Fig. 3, the reflective inner surface 9 of the light funnel is shown; with a is the radius of the entry surface (12 in Fig. 1), with b the radius of the exit surface (13 in Fig. 1), with x the effective length of the light funnel and with T half of it Denotes the opening angle of the light funnel. One at the angle ~ e in the light funnel incident beam 15 is shown twice on the inner surface 9 reflected, the angle to the axis 16 becoming steeper and steeper. The third Reflection (at the approach of the exit surface 13) would be the beam - as dashed indicated - reverse and reflected back in the direction of the entrance surface 12 be what but prevented for the purposes of the present invention wer-Wen 27 ca So that the laser beam reflects back into the light guide and closes overloading and destroying it. So you have to make sure that the i light funnel reflected this beam before the entry of the back reflection can leave - the exit angle is denoted here by ~ a.

In Fig. 4 sind die Reflexionsverhältnisse im Lichttrichter bei parallel zur Achse 16 einfallendem Licht dargestellt. Beleuchtet man die Eintrittsfläche 12 gleichmäßig, so sieht man auf einem Schirm nahe der Austrittsfläche 13 konzentrisch beleuchtete Kreisringe, die um eine mittlere Scheibe von der Größe der Austrittsfläche 13 herum angeordnet sind. Die einzelnen mit in Klammer stehenden Ziffern bezeichneten Zonen entsprechen bestimmten mit gleichen Ziffern bezeichneten Bereichen im eintretenden Strahl und entstehen durch eine bestimmte Anzahl von Reflexionen des eintretenden Strahls an der Innenfläche 9 des Lichttrichters. Jede Zone im optimal konstruierten Lichttrichter füllt die Austrittsöffnung vollständig aus. Wählt man als Trichterhalbwinkel#beispeilsweise 120, so kann man berechnen, daß die maximale Anzahl der Reflexionen im Trichter 3 beträgt, was unter Hinzunahme des mittleren durchgehenden Strahlteils (1) vier beleuchtete Zonen hinter dem Trichter auf den Schirm ergibt. In Fig. 4, the reflection conditions in the light funnel are parallel at about the axis 16 incident light is shown. If you illuminate the entrance area 12 evenly, so you can see on a screen near the exit surface 13 concentrically illuminated circular rings around a central disk the size of the exit surface 13 are arranged around. The individual numbers indicated in brackets Zones correspond to certain areas marked with the same numbers in the entering area Ray and arise from a certain number of reflections of the entering Beam on the inner surface 9 of the light funnel. Each zone in the optimally constructed The light funnel completely fills the exit opening. If you choose # as the funnel half-angle, for example 120, so one can calculate that the maximum number of reflections in the funnel 3, which is four when the central continuous beam part (1) is added Illuminated zones behind the funnel on the screen results.

Der Querschnitt des einfallenden Lichtbündels nimmt im Inneren des Lichttrichters ab, woraus eine Steigerung der Energie- bzw. Leistungsdichte resultiert. Mißt man entlang der optischen Achse von der Eintrittsfläche 12 in den Trichter hinein, so ergibt sich ein Anstieg der Energiedichte erst ab einer Tiefe t von ungefährt a/tan(2 was unmittelbar aus geometrisch optischen Vorstellungen folgt. Die höchste Energiedichte liegt naturgemäß direkt in der Ebene der Austrittsflche 13, dahinter fällt sie sehr schnell ab; in einem Abstand 1 hinter der Austrittsfläche von ungefähr b.cot(2#) beträgt sie nur mehr die Energiedichte des Lichtbündels am Eintritt. Damit ist sichergestellt, daß bei Verwendung der Einrichtung zur Zerstörung von Konkrementen im menschlichen Organismus hinter dem zu zerstörenden Konkrement liegende Gewebsschichten durch den austretenden Laserstrahl nicht in Mitleidenschaft gezogen werden können. The cross section of the incident light beam increases inside the Light funnel, which results in an increase in energy or power density. Measured along the optical axis from the entrance surface 12 into the funnel into it, there is an increase in the energy density only from a depth t of approximately a / tan (2 which follows directly from geometrical optical ideas. The highest The energy density naturally lies directly in the plane of the exit surface 13, behind it it falls off very quickly; at a distance 1 behind the exit surface of approximately b.cot (2 #) it is only the Energy density of the light beam at entry. This ensures that when using the device for destruction of calculus in the human organism behind the calculus to be destroyed lying tissue layers are not affected by the exiting laser beam can be drawn.

In den Fig. 5 und 6 ist das austrittsseitige Ende einer Sonde 17 dargestellt, welche in ihrem Inneren abgesehen vom Lichtleiter 2 noch einen Bildleiter 18 - beispielsweise eine Faseroptik - sowie einen Rückspülschlauch 19 enthält; der freibleibende Querschnitt im Inneren der Sonde 17 bildet einen Spülkanal 20, durch den flüssiges Spülmedium während des Betriebs der Einrichtung zugeführt wird, welches - da die Sonde 17 an ihrem vorderen Ende geschlossen ist - durch den Lichttrichter 10 austritt und diesen dabei ständig spült. Auf diese Weise kann einerseits durch Verwendung einer Spülflüssigkeit mit entsprechenden Eigenschaften (Spülflüssigkeiten können Lösungen bzw. Suspensionen sein, bei welchen an den Grenzflächen zwischen Lösungsmittel und gelöstem Stoff elektrische Doppelschichten auftreten) die zur Erzielung eines Durchbruches an der Austrittsfläche 13 des Lichttrichters 10 erforderliche Feldstärke gesenkt werden -was zur weiteren Entlastung des Lichtleiters 2 dient - sowie andererseits erreicht werden, daß zufolge der ständigen Spülung des Lichttrichters keine Teilchen von einem bearbeiteten Konkrement ins Innere des Lichttrichters kommen können. Weiters wird damit auch das Medium am Ort des Durchbruchs ständig erneuert, was die Funktion der Anordnung sehr verbessert, da durch die beim Durchbruch entstehenden Gasblasen in der Flüssigkeit eine erhöhte Absorption bzw. Reflexion des Laserstrahls auftritt, was nachfolgende Durchbrüche ohne ständige Spülung bald unterbinden würde. In FIGS. 5 and 6, the exit end of a probe 17 is shown, which apart from the light guide 2 still has an image guide in its interior 18 - for example a fiber optic - and a backwash hose 19 contains; the The cross-section that remains free in the interior of the probe 17 forms a flushing channel 20 through the liquid flushing medium is supplied during operation of the device, which - since the probe 17 is closed at its front end - through the light funnel 10 emerges and rinses it constantly. In this way one can go through Use of a rinsing liquid with appropriate properties (rinsing liquids can be solutions or suspensions, in which at the interfaces between Solvent and solute electrical bilayers occur) leading to the Achievement of a breakthrough on the exit surface 13 of the light funnel 10 required Field strength can be reduced - which serves to further relieve the light guide 2 - As well as, on the other hand, achieved that as a result of the constant flushing of the light funnel no particles from a machined concrement come into the interior of the light funnel can. Furthermore, the medium at the place of the breakthrough is constantly renewed, which improves the function of the arrangement very much, as the result of the breakthrough Gas bubbles in the liquid cause increased absorption or reflection of the laser beam occurs, which would soon prevent subsequent breakthroughs without constant flushing.

Das Austrittsende 3 des Lichtleiters 2 ist von der optischen Isolation befreit und durch Zentrierelemente 21 koaxial mit dem Lichttrichter ausgerichtet, was sehr wesentlich ist, da eine Abweichung von dieser Ausrichtung zu arhc#hte:;# Lichtverlust im Trichter und insbesonders zu einem unkontrolliert schief aus dem Lichttrichter austretenden Strahl führen würde. Die Zentrierelemente 21 müssen dabei natürlich so angeordnet sein, daß ein weitgehend ungestörter Zufluß des Spülmediums zum Innenraum des Lichttrichters 10 sichergestellt ist. The exit end 3 of the light guide 2 is of the optical isolation freed and aligned coaxially with the light funnel by centering elements 21, what very is essential because there is a deviation from this orientation to arhc # hte:; # Loss of light in the funnel and especially to one uncontrolled the beam emerging at an angle from the light funnel. The centering elements 21 must of course be arranged in such a way that a largely undisturbed inflow the rinsing medium to the interior of the light funnel 10 is ensured.

Der Lichtleiter 2 ist bevorzugt so in der Sonde 17 angeordnet, daß er bei im Körper des Patienten verbleibender Sonde 17 aus dieser in Richtung zur Eintrittsseite (hier nicht dargestellt) herausgezogen und ausgewechselt werden kann, was sehr vorteilhaft ist, da damit bei einer Beschädigung des Lichtleiters 2 ein einfaches Auswechseln erfolgen kann. The light guide 2 is preferably arranged in the probe 17 that with the probe 17 remaining in the patient's body, he moves out of this in the direction of Entry side (not shown here) can be pulled out and replaced, which is very advantageous because if the light guide 2 is damaged, it will cause a loss easy replacement can be done.

Das über den Spülkanal 20 zugeführte und durch den Lichttrichter austretende Spülmedium wird zusammen mit den Teilen des zerkleinerten bzw. zerstörten Konkrements durch den Rückspülschlauch 19 rücktransportiert, womit nach erfolgter Steinzerstörung auch unmittelbar für den Abtransport desselben aus dem Körper des Patienten gesorgt ist. That supplied via the flushing channel 20 and through the light funnel escaping flushing medium is together with the parts of the crushed or destroyed Concrements transported back through the backwash hose 19, which after Stone destruction also directly for the removal of the same from the body of the Patient is taken care of.

Der Lichtleiter 2 dient auch gleichzeitig zur Beleuchtung des Umfelds der Sondenspitze, welches über den Bildleiter 18 ständig beobachtet werden kann. Zur Veranschaulichung der Größenverhältnisse sei hier nur erwähnt, daß der Außendurchmesser der Sonde 17 beispielsweise für die Anwendung im Harnleiter etwa im Bereich von 3 mm liegt. The light guide 2 also serves to illuminate the surroundings the probe tip, which can be continuously observed via the image guide 18. To illustrate the size relationships, it should only be mentioned here that the outer diameter of the probe 17, for example for use in the ureter, approximately in the range of 3 mm.

In Fig. 7 ist eine Sonde 17' ohne separaten Bildleiter und ohne Rückspülschlauch dargestellt. Davon abgesehen entspricht die Ausführung aber dem unteren Bereich der in Fig. 6 dargestellten. Der Lichttrichter 10 ist hier am vorderen Ende eines Schrumpfschlauchs 22 befestigt, welcher gegenüber dem Lichtleiter 2 bzw. der optischen Isolation 6 desselben einen freien Spülkanal 20' aufweist, durch den entlang der Pfeile 23 wiederum im Betrieb der Einrichtung Spülmedium zugeführt werden kann. 7 shows a probe 17 'without a separate image conductor and without a backwash hose shown. Apart from that, the design corresponds to the lower range that shown in FIG. The light funnel 10 is here at the front end of one Shrink tube 22 attached, which opposite the light guide 2 or the optical Isolation 6 of the same has a free flushing channel 20 'through which along the Arrows 23 can in turn be supplied to flushing medium during operation of the device.

Las Austrittse#de 3 das Lichtleiters 2 ist wiederum von dar ort laschen Isolation 6 befreit; das Kerrmaterial 5 ist mittels rntricrleren 21 koaxial zum Lichttrichter 10 zentriert, wobei auch hier die Zentrierelemente 21 eine freie Zuströmung des Spülmediums zum Innenraum des Lichttrichters 10 über eine ringförmige Freistellung 25 zulassen.Las Ausittse # de 3 the light guide 2 is in turn tab from there Isolation 6 released; the Kerrmaterial 5 is by means of rntricrleren 21 coaxial to the Centered light funnel 10, the centering elements 21 here also having a free inflow of the rinsing medium to the interior of the light funnel 10 via an annular clearance 25 allow.

In Fig. 7 ist strichpunktiert auch angedeutet, daß der Lichttrichter 10 eintrittsseitig und/oder austrittsseitig mit über die kegelstumpfförmige Innenfläche 9 hinausragenden Ansätzen 25, 26 - die auch aus zum Trichter unterschiedlichem Material bestehen können - versehen sein könnte. Auf der Eintrittsseite könnten diese Ansätze beispielsweise unmittelbar zur Zentrierung des Lichtleiters 2 verwendet werden; auf der Austrittsseite kann durch einen - eine zylindrische Bohrung aufweisenden Ansatz 27 eine mechanische Verstärkung des Austrittsendes gegen die auftretenden Stoßwellen erreicht werden. In Fig. 7 it is also indicated by dash-dotted lines that the light funnel 10 on the inlet side and / or outlet side with over the frustoconical inner surface 9 protruding approaches 25, 26 - which are also made of different material to the funnel can exist - could be provided. These approaches could be on the entry side can be used, for example, directly to center the light guide 2; on the exit side can through a - having a cylindrical bore Approach 27 a mechanical reinforcement of the outlet end against the occurring Shock waves can be achieved.

Die Ausführung nach Fig. 8 unterscheidet sich im wesentlichen nur hinsichtlich der Zentrierung des Lichtleiters 2 gegenüber dem Lichttrichter 10. Der Schrumpfschlauch 22 der Sonde 17' ist hier durch einen spiralförmig aufgewickelten und anschließend erhitzten Draht (nicht dargestellt) mit einer spiralförmigen Schrumpfnut 24 versehen, welche in den Spülkanal 20' ragt und unmittelbar an der optischen Isolation 6 des Lichtleiters 2 anliegt, Dadurch ist auf einfache Weise eine reproduzierbare koaxiale Anordnung zwischen Lichttrichter 10 und Lichtleiter 2 gegeben, wobei das Zuströmen des Spülmediums durch die spiralförmig verlaufende Schrumpfnut 24 praktisch nicht behindert wird. The embodiment according to FIG. 8 essentially only differs with regard to the centering of the light guide 2 with respect to the light funnel 10. The shrink tube 22 of the probe 17 'is here wound up in a spiral shape and then heated wire (not shown) with a spiral-shaped shrink groove 24, which protrudes into the flushing channel 20 'and directly on the optical insulation 6 of the light guide 2 is applied, thereby making a reproducible one in a simple manner Given a coaxial arrangement between the light funnel 10 and the light guide 2, the The rinsing medium flows in through the spiral-shaped shrink groove 24 practically is not hindered.

Der Vollständigkeit halber ist auch zu erwähnen, daß - da ein großer Teil der bei jedem Laserpuls am Ort des Durchbruchs umgesetzten Energie für die anfängliche Plasmaerzeugung erforderlich ist - durch Mehrfachbeschuß während der Schwingungsdauer bzw. Lebensdauer einer einmal erzeugten Gasblase (etwa 50 - 100 »sec), am besten wenn die Blase jeweils ihr minimales Volumen hat, die Schock- wellenenergie auf einfache weise ohne unzulässige Belastur. des Lichtleiters erhöht war#en kann. For the sake of completeness, it should also be mentioned that - there is a big one Part of the energy converted with each laser pulse at the location of the breakthrough for the initial plasma generation is required - by multiple bombardments during the Period of oscillation or service life of a gas bubble once generated (approx. 50 - 100 »Sec), preferably when the bladder has its minimum volume, the shock wave energy in a simple way without undue burden. of the light guide was increased.

Claims

Claims 1. Device for the destruction of urinary tract concrements, especially those in the ureter area, by means of laser-induced breakthroughs, with an arrangement for generating short-term, high-energy laser pulses and a flexible light guide connected to it on the inlet side, the can be pushed into the urinary tract and on the outlet side with an arrangement for elevation the local energy density of the laser beam is related, d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the outlet-side arrangement (4) to increase the local energy density of a frustoconical, reflective inner surface (9) having, hollow light funnel (10) is formed, whose the light guide exit (3) facing, larger inlet surface (12) larger than or equal to the outlet cross-section of the light guide (2).

2. Device according to claim 1, characterized in that the light funnel (10) at the outlet end of a flexible probe (17, 17 ') is arranged, in which the light guide (2) while maintaining a flushing channel (20, 20 ') forming space is held, and that the interior of the light funnel (10) acted upon by the flushing channel (20, 20 ') and during operation of the device can be continuously flushed with flushing medium.

3. Device according to claim 2, characterized in that the inlet of the rinsing medium to the ter outlet (3) facing Entrance surface (12) of the light funnel (10) and the exit directly on the opposite, smaller exit surface (13) is provided.

4. Device according to claim 3, characterized in that the light funnel (10) is connected to the probe (17, 17 ') and opposite that in the direction of the inlet side from the probe (17, 17 ') axially removable light guide (2) an annular clearance (25).

5. Device according to claim 4, characterized in that the relative Position between the exit cross-section (11) of the light guide (2) and the entry surface (12) of the light funnel (10), in particular the axial alignment between the light guide exit and light funnel, reproducible by centering elements (21, 24) on the probe (17, 17 ') is fixed.

6. Device according to claim 5, characterized in that the probe (17 ') at least in the area of its outlet end of a shrink tube (22) is formed in which the outside cylindrical light funnel (10) is fixed centrally and as a centering element for the exit end (3) of the light guide (2) is provided with a spiral-shaped shrink groove (24).

7. Device according to claim 5, characterized in that the light funnel (10) eccentrically at the exit end of the light guide (2) together with an additional one Image conductor (18) and a suction or backwash hose (19) having a probe (17) is attached.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that that with a core diameter of the light guide (2) of about 0.6 mm of the light funnel (10) an effective length of about 1 mm, a diameter of the entry surface (12) of about 0.6 mm and a diameter of the exit surface (13) of about 0.14 mm having.

9. Eirrichtung according to one of claims 1 to 8, characterized in e #, that the light funnel (10) adjoins the frustoconical inner surface (9) a preferably cylindrical extension on the rear and / or exit side (26, 27),

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that that the light funnel (10) at least in the area of its inner surface (9) made of metal with good reflective properties for the laser radiation used, preferably Au, Cu, or Al, or alloys therewith, consists.

11. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that that the light funnel (10) from in the area of the inner surface (9) with good reflective Material consists of surface-coated ceramic or sintered material,

12. Establishment according to one of claims 2 to 11, characterized in that for flushing the light funnel (10) when the device is in operation, a liquid flushing medium whose properties are used reduce the power density required to generate a breakthrough.

13, device according to claim 12, characterized in that as The rinsing medium of the light funnel (10) is an NaCl solution with approximately 3-fold physiological Concentration serves.