DE3690223C2 - Vorrichtung zum Zertrummern von Material in einem Körper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Hierbei wird ein Laserstrahl verwendet, der von einer optischen Faser geliefert wird, zum Zerbrechen eines Blasen-, Nieren- oder Gallensteins, eines verkalkten Gewebes oder eines anderen Materials zum Entfernen aus einem menschlichen Körper.

Häufig befinden sich Blasen-, Nieren- oder Gallensteine oder verkalkte Gewebe an Stellen angeordnet, welche nur unter Verwendung eines Endoskopes mit geringem Durchmesser erreicht werden können und die optische Faser muß fein genug sein, um durch das Endoskop zu gelangen. Die Steine sind typischerweise in unmittelbarer Nähe zu gesundem Gewebe angeordnet.

In H. K., "Blasensteinzerstörung mit Licht, acta medicotechnica", 29. Jg., Nr. 5/1981, S. 175, ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art offenbart. Mit dieser Vorrichtung konnten im Tierversuch Nierensteine durch Bestrahlung über mehrere Sekunden zerstört werden.

Aus der DE 25 38 960 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der Laserimpulse indirekt zur Zertrümmerung von im Körper befindlichem Material verwendet werden. Die Laserimpulse dienen zur Erzeugung von Schockwellen außerhalb des Körpers, die sich über ein Wasserbad in den Körper an den Ort des zu zertrümmernden Materials fortpflanzen.

Schließlich ist aus der WO 85/00510 eine Vorrichtung zum Entfernen von Ablagerungen in Blutgefäßen mittels Laserstrahlung bekannt. Die Vorrichtung weist eine optische Faser mit einem Durchmesser von etwa 0,1 bis 0,5 mm auf.

Die Erfindung geht von dem technischen Problem aus, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der Material im Körper in weiter verbesserter Weise unter weitestgehender Schonung des umliegenden Gewebes zertrümmert werden kann.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Das Hauptmerkmal der Erfindung liegt somit in der Lieferung von Laserimpulsen über eine optische Faser mit einem Durchmesser kleiner als 1000 µm, die eine Wellenlänge, eine Energie, eine Intensität und eine Impulsdauer aufweisen, welche die Gallenblasen, Nierensteine, die verkalkten Gewebe oder andere Materialien in kleinere Teilchen zertrümmern, ohne ausreichend Energie zu liefern, um eine Beschädigung des anderen Gewebes in der gleichen Nähe zu bewirken.

Das aus dem Körper zu entfernende Material wird in einem lokalisierten Bereich mit einem Impulslaser bestrahlt. Durch Umschließung des Materials mit einer Flüssigkeit und Bestrahlen des lokalisierten Bereichs mit Licht oberhalb eines Intensitäts- Schwellenwertes kann eine Schock- oder Stoßwelle von dem lokalisierten Bereich erzeugt werden. Es wird angenommen, daß die Schock- oder Stoßwelle die Materialien jenseits des lokalisierten Bereichs zertrümmert, obgleich eine Erwärmung des lokalisierten Bereichs begrenzt wird.

Damit wird der Stein sicher und relativ schnell in leicht entfernbare sandkornartige Teilchen zertrümmert, ohne zu schmelzen. Eine thermische Beschädigung des umgebenden Gewebes wird begrenzt. Die Steine und die Teilchen werden nicht in das umgebende Gewebe hineingetrieben. Ein Qualitätsverlust der optischen Faser durch den Laserstrahl wird begrenzt. Die Faser weist ausreichend geringen Durchmesser auf, um mit Endoskopen geringen Durchmessers verwendet zu werden.

Die bevorzugten Ausführungsformen weisen die folgenden Merkmale auf. Die Impulse weisen Wellenlängen entsprechend Wellenlängen auf, für welche das Objekt eine relativ geringe Eindringtiefe aufweist. Vorzugsweise werden Wellenlängen zwischen 350 und 550 nm für Blasensteine verwendet (insbesondere bevorzugt 251, 504 oder 450 nm). Der Laser ist vorzugsweise vom Typ des Farbstoffimpuls-Lasers für relativ lange Impulsdauer, aber er kann auch von einem anderen Typ sein. Die Impulse weisen eine Dauer von vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 µs auf und die Impulsenergie ist nicht größer als 0,200 J (vorzugsweise zwischen 0,005 und 0,200 J). Die Faser ist elastisch und weist vorzugsweise einen Kerndurchmesser zwischen 60 und 600 µm und insbesondere 200 µm auf. Das distale Ende der Faser ist in Berührung mit dem Objekt (einem Stein) und die Zwischenfläche zwischen der Faser und dem Objekt wird von einer Flüssigkeit umgeben. Die Laserimpulse werden in kurzen Explosionen vorzugsweise von mehr als 10 Hz aufgebracht und verbleibende Trümmer werden durch One- shot-Impulse zertrümmert.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Diagramm eines Systems zum Zertrümmern unerwünschter Objekte oder Gewebe.

Fig. 2 zeigt eine Anzahl von Kurven, die die Zertrümmerungs- Schwellenwerte gegenüber der Impulsenergie für verschiedene Impulsdauern wiedergegeben.

Fig. 3 zeigt eine Anzahl von Kurven, die die Impuls-Schwellenwertenergie der Zertrümmerung gegenüber der Wellenlänge für verschiedene Arten von Steinen angeben.

Fig. 4 zeigt eine Anzahl von Kurven, die den Energieimpuls- Schwellenwert bei der Zertrümmerung gegenüber der Faserfläche für verschiedene Arten von Steinen angeben.

Fig. 5 zeigt eine Kurve, aus der der Energieimpuls-Schwellenwert der Zertrümmerung gegenüber der Impulswiederholungsrate ersichtlich ist.

Fig. 6 zeigt ein Diagramm eines Impulsablaufes.

Aus Fig. 1 ist zu ersehen, wie ein Blasenstein 10, der aus einem menschlichen Körper entfernt werden soll, mit der zerklüfteten, distalen Fläche einer elastischen optischen Faser 12 aus Quarzsilika verbunden ist, die einen Kerndurchmesser im Bereich von 60 bis 400 µm aufweist. Die Faser 12 verläuft durch ein Ureteroskop 14 und erstreckt sich bis zu einer Laserquelle 15, wo die proximale Seite der Faser 12 in einer Faserbefestigung 16 gehalten wird. Die proximale Fläche der Faser 12 ist bloßgelegt, um über eine Konvexlinse 18 (mit geeigneter Brennweite für die Faser) einen Strahl 20 von einer linearen Blitzlampe mit Vakuumhaltung eines Farbstoff-Impulslasers 22 zu erhalten. Der Laser 22 ist mit einer Quelle 24 eines Farbstoffes mit einer ausgewählten Längenwellencharakteristik verbunden. Der Laser 22 ist ebenfalls mit einem Regler 26 verbunden, welcher ein Steuerpaneel aufweist, um dem Benutzer die Aktivierung und Deaktivierung des Lasers und die Veränderung der Impulsenergie und der Impulswiederholungsrate des Laserstrahles zu ermöglichen.

Das Ureteroskop 14 weist ein Visier 30 auf, durch welches der Benutzer den Stein und das distale Ende der Faser als auch die Lichtquelle (nicht gezeigt) zur Beleuchtung des distalen Endes zum Sehen und eine Bewässerungsleitung zum Anliefern einer Flüssigkeit an das distale Ende beobachten kann.

Die Wellenlänge, bei welcher der Laser betrieben wird (und damit der verwendete Farbstoff), wird teilweise ausgewählt auf Basis der prozentualen Übertragungscharakteristiken des Steinmaterials. Beispielsweise wurde die prozentuale Übertragung von Kalziumphosphat und Kalziumoxalat Steinmaterialien für verschiedene Wellenlänge experimentell gemessen (durch herkömmliche Spektroskopie) auf Abschnitten von getrockneten Steinen, welche geschliffen wurden, um dünne, progressive Plättchen zu bilden. Die sich ergebende Grafik des Logarithmus der prozentualen Übertragung gegenüber der Dicke war linear und zeigt die folgende l/e Tiefe der Eindringung für verschiedene Wellenlängen an.

Die Eindringtiefe nahm mit kürzeren Wellenlängen ab. Die geringste Eindringtiefe ist die am meisten gewünschte vom Standpunkt der Ermöglichung eines geringen Energieschwellenwertes zur Erreichung einer Zertrümmerung, zur Erzeugung von Trümmern geringer Größe und zur Begrenzung der Eindringung der Trümmer in umgebendes Gewebe. Sehr kurze Wellenlängen (kürzer als 350 nm) im ultravioletten Bereich (beispielsweise 308 nm) sind jedoch als mutierend bekannt und schwer über die optische Faser zuzuführen und deswegen zu vermeiden. Wellenlängen im Bereich von 450 bis 550 nm sind bevorzugt. Farbstoffe sind verfügbar, welche bei den 450-nm-(blau)- und 504-nm- (grün)-Wellenlängen arbeiten. Der 450-nm-Farbstoff schwindet ziemlich schnell. Wo die Kosten des Farbstoffs von Bedeutung sind, ist die beste Wahl der 504-nm-Farbstoff.

Die Dauer jedes Impulses, der von dem Laser geliefert wird, wird ausgewählt, um die Energie zu minimieren, die an den Stein geliefert wird, während noch eine Zertrümmerung erhalten wird (d. h. die Zertrümmung des Steines in kleinere Teilchen). In Fig. 2 wurde der Energie-Schwellenwert in mJ pro Impuls experimentell bestimmt, der erforderlich ist, die Zertrümmerung eines Oxilatsteines für eine gegebene Impulsdauer bei 577 nm bei Verwendung einer 600 µm optischen Faser durch Messung eines Schallsignals in dem Stein, welches aus dem Impuls resultiert. Das akustische oder Schallsignal wurde elektronisch in mV-Einheiten gemessen. Die gestrichelte Linie 30 repräsentiert den Schall-Level (nominal 400 mV), was dem Beginn der Zertrümmung in einem Stein entspricht. Jede Kurve repräsentiert für eine gegebene Impulsdauer die Veränderung des akustischen Signals mit der Energie pro Impuls. Der Punkt, an welchem jede Kurve die Linie 30 kreuzt, ist der Impulsenergie-Schwellenwert, bei welchem die Zertrümmerung auftritt. Der Energie-Schwellenwert nimmt ab mit Abnahme der Impulsdauer. Da geringere Energieimpulse weniger dazu neigen, eine thermische Beschädigung oder ein Eindringen der Steine oder der abgebrochenen Teilchen in das umgebende Gewebe zu bewirken, werden Impulsdauern von weniger als 10 µs, vorzugsweise zwischen 0,05 und 2,0 µs verwendet.

Aus Fig. 3 ist der Impulsenergie-Schwellenwert zur Erzeugung eines akustischen Signals mit einem gegebenen Level (25 mV) bestimmt für drei verschiedene Steinarten bei drei verschiedenen Wellenlängen, was ferner die Erwünschtheit der Verwendung kürzerer Wellenlängen unabhängig von dem Steinmaterial bestätigt.

In Fig. 4 wurde die Beziehung zwischen der Querschnittsfläche der Faser 12 und dem Impulsenergie-Schwellenwert, der erforderlich ist zur Bewirkung eines akustischen Signals an dem 25-mV-Level, für drei verschiedene Steinmaterialien bestimmt. In allen Fällen nahm der Impulsenergie-Schwellenwert linear mit der Faserfläche ab. Verschiedene Fasergrößen wurden verwendet: 1000, 600, 400, 200, 100 und 60 µm.

Die Impulswiederholungsrate kann ebenfalls gewählt werden, um den Impulsenergie-Schwellenwert zu verringern, bei welchem erwartet wird, daß eine Zertrümmerung auftritt. Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, nimmt die erforderliche Energie zur Erzeugung des 25-mV-Schallsignals mit einer Zunahme der Impulswiederholungsrate ab. Ferner erfolgt bei höheren Wiederholungsraten die Zertrümmerung schneller. Bei höheren Wiederholungsraten jedoch erschöpft sich der Farbstoff schneller und die optische Faser ist weniger geeignet zur Durchleitung der Energie zu dem Stein. Eine maximale praktikable Rate ist nicht viel größer als 100 Hz und die optimale Rate beträgt 20 Hz.

Es kann experimentell gezeigt werden, daß oberhalb des Impulsenergie- Schwellenwertes das durchschnittliche Gewicht der Trümmer, die pro Impuls erhalten werden, stark zunimmt, und daß laminierte Oxalatsteine einen wesentlich geringeren Zertrümmerungs- Schwellenwert aufweisen als homogene Oxalatsteine. Damit kann die Impulsenergie verändert werden, um verschiedene Steine zu zertrümmern.

Im Betrieb wird nach Einsetzen des Uretoroskops 14 zur Erreichung der Stelle, an welchem der Stein 10 angeordnet ist, das distale Ende der Faser 12 durch das Ureteroskop eingesetzt und durch Sicht orientiert, so daß die distale Fläche der Faser in Kontakt ist mit dem Stein 10. Die Stelle wird benetzt über ein Lumen in dem Ureteroskop, so daß der Stein von einer Flüssigkeit umgeben ist. Der Laser wird eingestellt auf eine Wellenlänge zwischen 450 und 550 nm durch Auswahl eines geeigneten Farbstoffs. Der Regler 22 für den Farbstoffimpulslaser wird eingestellt, um die Impulsenergie und die Impulswiederholungsrate festzusetzen. Die Laserimpulsenergie wird anfänglich auf einen Wert gesetzt, welcher geringer ist als der Zertrümmerungs-Schwellenwert, und dann erhöht, bis der gewünschte Zertrümmerungseffekt erhalten wurde. Vorzugsweise wird der Farbstoffimpulslaser betrieben bei etwa 30 mJ pro Impuls für eine 200-µm-Faser und etwa 100 bis 150 mJ pro Impuls für eine 600-µm-Faser und in keinem Fall mit mehr als etwa 200 mJ. Die Impulswiederholungsrate wird eingestellt zwischen 10 und 50 Hz.

Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, wird der Laser 22 für eine kurze Explosion oder ein kurzes Bersten aktiviert, beispielsweise für einen Zeitraum von einer Sekunde oder einem Bruchteil einer Sekunde (bezeichnet mit 40 in Fig. 6). Die Laserimpulsdauer 42 beträgt typischerweise zwischen 0,1 und 2,0 µs. Die Zeitdauer der Impulswiederholung ist mit 44 in Fig. 6 bezeichnet. Während der Aktivierungsperiode 40 wird ein Teil des Steins in eine Kombination aus Dampf und sandartigen Teilchen zertrümmert, die klein genug sind, um leicht entfernt zu werden.

Die distale Fläche der Faser wird dann erneut ausgerichtet (während einer Periode, die in Fig. 6 mit 45 bezeichnet ist), um wieder in Kontakt zu sein mit dem Stein. Dann wird der Laser erneut kurz aktiviert für eine Berst- oder Explosionsperiode 46, um zu bewirken, daß ein anderer Abschnitt des Steins zertrümmert wird. Das Verfahren wird wiederholt, bis der gesamte Stein zertrümmert ist. Irgendwelche Trümmer, die weiter zertrümmert werden müssen, können dann zertrümmert werden durch Berührung mit dem distalen Ende der Faser und dem Aufbringen eines einzigen Laserimpulsschusses.

Der Stein wird sicher und relativ schnell in leicht entfernbare, sandartige Teilchen ohne Schmelzen zertrümmert. Eine thermische Beschädigung des umgebenden Gewebes wird begrenzt. Der Stein und die Teilchen werden nicht in das umgebende Gewebe eingetrieben. Eine Verschlechterung der optischen Faser durch den Laserstrahl wird begrenzt. Die Faser kann ausreichend gering im Durchmesser sein, damit sie mit Endoskopen geringen Durchmessers verwendet werden kann.

Bei einer anderen Ausführungsform kann der Laser 22 ein Excimerlaser sein, der auf eine besondere Wellenlänge durch eine ausgewählte Gasmischung eingestellt ist. Die Wellenlänge wird so ausgewählt, daß sie so kurz wie möglich ist, während sie noch ermöglicht, daß die Impulse über die optische Faser geliefert werden. Vorzugsweise ist das Gas eine Mischung aus Xenon-Fluorid, die eine Wellenlänge von 351 nm erbringt. Die sich ergebenden Impulse haben eine sehr geringe Eindringtiefe in den Stein und bewirken, daß der Stein in extrem feine Teilchen und Dampf zertrümmert wird. Das Fortschreiten durch den Stein ist pro Impuls langsamer als bei dem Farbstoff-Impulslaser, aber das wird kompensiert durch eine höhere Impulswiederholungsrate, welche für den Excimerlaser möglich ist. Die für den Excimerlaser typischen Impulsdauern sind 10 ns, aber sie können durch verschiedene Techniken auf 80 oder mehr ns verlängert werden. Derartige Impulsdauern bewirken, daß der Impuls etwas schwieriger über die optische Faser geliefert werden kann als die Impulse des Farbstoff- Impulslasers.

Bei der Verwendung des Excimerlasers bei einem Oxalatstein über eine 1000-µm-Faser bei 351 nm erzeugen eine Wiederholungsrate von 200 Hz und eine Impulsenergie von 30 mJ (Energiedichte von 1,6 J/cm²) eine Durchschnittsausbeute pro Impuls von 10 µg. Ein Vergleich zeigt, daß die Verwendung des Farbstoff-Impulslasers mit 450 nm und einer Impulsenergie von 20 J/cm² über eine 600-µm-Faser 100 µg an Trümmern pro Impuls erzeugt. Die Verwendung eines Farbstoff-Impulslasers bei 504 nm mit einer Impulsenergie von 25 J/cm² über eine 600-µm-Faser erbringt 1 mg pro Impuls.

Das Produkt der Zertrümmerung des Steins ist etwa 90% Dampf bei dem Excimerlaser und 10% bei dem Farbstoff-Impulslaser.

In anderen Ausführungsformen können Gallensteine oder Arterienbeläge zertrümmert werden durch einen Farbstoff-Impulslaser bei 450 nm, und jede geeignete Technik zur Erreichung des Steins mit dem distalen Ende der Faser kann verwendet werden.

Im folgenden werden Beobachtungen beschrieben, die bei dem Vorgang des Zertrümmerns von Gallen-, Nieren- und Blasensteinen und verkalktem Gewebe unter Verwendung eines Lasers gemacht wurden.

1. Die Laserstrahlung wird von dem Zielmaterial mit Wellenlängencharakteristiken seines Absorptionsspektrums absorbiert. Laserlicht mit kürzeren Wellenlängen ist besser für weißes oder lichtdurchlässiges Material.

2. Die Laserintensität muß größer sein als ein gewisser Level, bevor eine bedeutende Wirkung beobachtet wird. Die Intensität ist proportional zu der gelieferten Energie und umgekehrt proportional zu der Impulsdauer des Lasers, und das distale Ende der Faser muß das Ziel zur Erreichung einer maximalen Wirkung berühren oder in nächster Nähe zu diesem Ziel sein. Eine Faser ist jedoch nicht erforderlich insoweit, als der gleiche Effekt erhalten werden kann durch Fokussierung des Laserstrahls auf dem Ziel, so daß der Intensitäts-Schwellenwert erreicht wird.

3. Wenn der Schwellenwert für die Zertrümmerung erreicht wird, ist ein lautes akustisches Signal zu hören. Das Zielmaterial muß vollständig in Flüssigkeit eingetaucht sein, um eine maximale Zertrümmerung zu erhalten. Ein feuchtes Ziel oder ein Ziel leicht unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit (2 oder 3 mm) ergibt ein lautes akustisches Signal, aber es wird nicht leicht das Ziel zu zertrümmern.

Es wird angenommen, daß sich der Zertrümmerungsvorgang folgendermaßen abspielt:

• 1. Die Laserstrahlung wird zuerst von dem Ziel absorbiert. Für weißes oder durchscheinendes Material sind kürzere Wellenlängen bevorzugt.
• 2. Ein minimaler Laserintensitäts-Schwellenwert (Leistung pro Flächeneinheit) ist erforderlich, um das Ziel zu verdampfen, aufzuheizen und zu ionisieren.
• 3. Die Laserenergie wird eingeschlossen in einem geringen Volumen durch eine umgebende Flüssigkeit. Ein Ansteigen der Energiedichte, wenn mehr Laserlicht absorbiert wird, erhöht den Druck in dem Volumen auf mehrere 100 kbar. Bei derartigen Drucken können Schock- oder Stoßwellen mit Durchschnittsgeschwindigkeiten über 0,5 mm/µs gebildet werden. "Laser Induced High Pressure Shock Waves in Water", C. E. Bell und J. A. Landt, Applied Physics Letters 10, 46 (1966) und "Intense Ruby Laser Induced Acoustic Impulses", E. F. Carame, C. E. Moeller und N. A. Clark, Journal of Acoustical Soc of America 40, 1463 (1966).
• 4. Die sphärische Schockwelle breitet sich in dem Stein oder dem verkalkten Gewebe fort, um es zu zertrümmern. Die Flüssigkeit ist erforderlich, um das beeinflussende Volumen einzuschließen, so daß ein hoher Druckstoß erzeugt wird. Die Flüssigkeit trägt auch dazu bei, die Schockwelle in das Ziel einzubinden. Wenn das Ziel nur feucht oder leicht eingetaucht ist, expandiert das beeinflussende Volumen, so daß nur ein veränderter, zu geringer Schock erzeugt wird, welcher das Ziel nicht zertrümmert.

Es gibt mehrere Betrachtungen in der Optimierung der Verwendung von Lasern, um Objekte zu zertrümmern, um diese aus dem Körper zu entfernen. Dies sind Energie pro Impuls, Intensität (Leistungsdichte), Impulsdauer, Wiederholungsrate, Farbe, Fasergröße und Beschädigungslevel für die Faser. Diese Betrachtungen sind nicht unabhängig voneinander. Zusätzlich sollte die Behandlungszeit wenn immer möglich verkürzt werden und das Risiko der Beschädigung von lebendem Gewebe in dem Körper sollte minimiert werden.

1. Energie pro Impuls. Die Energie pro Impuls sollte so groß wie möglich sein, um die Menge des zu zertrümmernden Materials in dem kürzesten Zeitraum zu maximieren.

2. Fasergröße. Dünne Fasern sind bevorzugt, da sie elastischer sind und da Endoskope oder Katheter, die die Lieferungssysteme bilden, kleiner gemacht werden können. Fasern über 600 µm im Durchmesser sind relativ dick, während Fasern geringer als 60 µm kaum in der Lage sind, insgesamt Leistung oder Energie zu übertragen, wodurch die Behandlungszeit ansteigt. Fasern mit 100 oder 200 µm werden als optimal betrachtet.

3. Intensität. Die Laserintensität, die aus der Faser austritt, muß groß genug sein, um eine Schock- oder Stoßwelle an dem Ziel zu erzeugen. Dieser Effekt weist einen Schwellenwert auf, welcher sich herausgestellt hat als 5 MW/cm². Eine Intensität von wenigstens 10 MW/cm² ist vorgesehen. Die Fläche des Punktes wird bestimmt von der Querschnittsfläche der Faser. Die höchste Intensität tritt auf, wenn die Faser das Ziel berührt und die Intensität nimmt schnell ab, wenn die Faser außer Kontakt gezogen wird. Ein Linsensystem zur Fokussierung des Lichtes von der Faser auf das Ziel zur Erhaltung der gewünschten Intensität ist denkbar, aber schwierig in der Praxis anzuwenden. Darüber hinaus erodiert der erzeugte Schock oder Stoß die Faserspitze. Das ist nicht zu schwerwiegend für die distale Oberfläche der zerklüfteten Faserspitze, aber es weist einen schwerwiegenden Effekt auf für eine Linse, es sei denn die Linse ist weit entfernt von dem Brennpunkt.

4. Impulsdauer. Die Gesamtleistung für eine gegebene Energie kann erhöht werden durch Verringerung der Impulsdauer. Typische Q-geschaltete Excimer- oder Stickstofflaser haben Impulsdauern im Bereich von 1 bis 2 ns. Die Intensität der Beschädigung für Quarzfasern beträgt etwa 300 bis 400 MW/cm².

Eine 400-µm-Faser überträgt etwa 10 mJ in einem 20-ns-Impuls bei dem Beschädigungslevel, vorausgesetzt, daß der Laser die Faser gleichmäßig beleuchtet. Der Laserstrahl muß jedoch in die Faser hineingebündelt werden und Intensitätsspitzenpunkte begrenzen die Gesamtenergie auf wenige mJ. Ein höherer Energiedurchsatz ist für eine schnelle Behandlung wünschenswert.

Längere Impulse von mehr als 0,1 µs, die mit Farbstofflasern verfügbar sind, erlauben, daß mehr Energie für eine Fasergröße übertragen werden kann. Ein zu langer Impuls ermöglicht jedoch, daß das beeinflussende Volumen expandiert und der Schock oder Stoß sich zerstreut. Für hohe Schock- oder Stoßdrücke in Flüssigkeiten ist eine Impulsdauer von 2 µs oder weniger wünschenswert.

5. Wiederholungsrate. Je höher die Einstellung der Wiederholungsrate ist, desto schneller erfolgt die Behandlung. Es ist jedoch auch die Möglichkeit des Einzelschuß erforderlich, um weiter kleine Teilchen zu zertrümmern.

Tabelle 1 zeigt die optimalen Betriebsbereiche für verschiedene Behandlungen. Ein über eine Blitzlichtlampe erregter Farbstofflaser kann entwickelt werden, um die angeführten Behandlungen bei optimalen Bedingungen durchzuführen.

Eine andere Ausführungsform ist die Verwendung eines Excimerlasers, Gold- oder Kupferdampflasers, frequenzgedoppelten, wiederholt geschalteten YAG-Lasers oder eines Stickstofflasers als Laser 22. Diese Laser haben höhere Spitzenleistungen und kürzere Impulsdauern als ein blitzlichterregter Farbstofflaser und der Faserbeschädigungs-Schwellenwert von 400 MW/cm² wird bei relativ geringer Energie erreicht. Die höhere Intensität erfordert die Verwendung von Fasern mit größeren Durchmessern, um eine Beschädigung der Faser zu vermeiden, und sie ermöglicht sogar die Verwendung von Fasern mit größeren Durchmessern, während der Intensitäts-Schwellenwert noch vorliegt. Das Material wird jenseits des bestrahlten Bereichs nicht wesentlich zertrümmert. Die Trümmer, welche erzeugt werden, sind viel feiner als die, die mit dem Laser mit langen Impulsen erhalten werden. Die Menge des Materials, das pro Impuls entfernt wird bei einer gegebenen Fasergröße ist viel geringer bei einem Laser mit hoher Spitzenleistung als für den Farbstoff- Impulslaser, so daß hohe Wiederholungsraten verwendet werden sollten.

Tabelle 2 für optimale Betriebsbedingungen wurde zusammengestellt für Laser mit hohen Spitzenleistungen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Zertrümmern von Material in einem Körper, umfassend einen Laser (22) und eine optische Faser (22) zum Bestrahlen eines lokalisierten Bereichs des Materials, wobei die optische Faser (12) ein distales Ende hat, das direkt oder sehr nahe an dem Material angeordnet werden kann, und eine Einrichtung zum Bewässern des Materials innerhalb des Körpers mit einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (22) ein Impulslaser ist, der dazu eingerichtet ist, Impulse mit einer Impulsdauer von wenigstens 0,05 µs und einer Intensität in dem lokalisierten Bereich größer als 10 MW/cm² zu erzeugen, und die optische Faser (12) einen Durchmesser kleiner als 1000 µm hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser (12) einen Durchmesser zwischen 60 µm und 600 µm hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulslaser (22) für eine Impulswiederholrate von bis zu 20 Hz eingerichtet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulslaser (22) geeignet ist, eine Energie pro Impuls von weniger als 200 mJ zu liefern.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulslaser (22) für eine Impulsdauer von wenigstens 0,1 µs und weniger als 10 µs eingerichtet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulslaser (22) für eine Impulsdauer zwischen 0,1 µs und 2 µs eingerichtet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulslaser (22) für eine Impulswiederholrate größer als 10 Hz geeignet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulslaser (22) ein Farbstofflaser ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulslaser (22) dazu eingerichtet ist, Laserimpulse von Licht mit Wellenlängen zwischen 350 nm und 550 nm zu erzeugen.