DE3739385A1 - Vorrichtung zum abtragen von gewebe, insbesondere von knorpelgewebe, im gelenkbereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtragen von Gewebe, insbeson­ dere von Knorpelgewebe, im Gelenkbereich.

Die Behandlung von beschädigten Menisken, aber auch von anderen Verletzun­ gen bzw. krankhaften Veränderungen des Knorpelgewebes von Gelenken erfolgt zur Zeit mit Hilfe von mechanischen Werkzeugen, die in den entsprechenden Gelenkraum eingeführt werden; gleichzeitig wird der Gelenkraum mit Hilfe von Endoskopen oder genauer Arthroskopen beobachtet, so daß der zu behan­ delnde Gewebebereich genau angesteuert werden kann. Diese mechanischen Sonden weisen im allgemeinen ein Metallrohr aus, durch das das eigentliche Werkzeug gesteckt werden kann, in der Regel ein Messer, ein Fräser oder auch ein kleiner Bohrer.

Die Benutzung solcher mechanischer Werkzeuge hat jedoch verschiedene Nach­ teile, die insbesondere auf die damit nur mögliche mechanische Behandlung, im allgemeinen einen Schneidvorgang, zurückzuführen sind. Ein solcher Schnitt ist nämlich immer so grob, daß die Gefahr besteht, daß auch noch gesundes Gewebe erfaßt und abgeschnitten wird, also Wunden entstehen, die sich entzünden und damit zu weiteren Komplikationen führen können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ab­ tragen von Gewebe, insbesondere von Knorpelgewebe im Gelenkbereich, zu schaffen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.

Insbesondere soll eine Vorrichtung vorgeschlagen werden, die auf sehr schonende Weise die Abtragung genau definierter Gewebeschichten ermöglicht, ohne daß die anderen Gewebeschichten tangiert werden.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unteransprüche definiert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf der Verwendung einer Exzimer-Laserquelle, deren Licht über mindestens eine Glasfaser und eine in den Gelenkbereich einführbare Sonde das zu behandelnde Gewebe beaufschlagt. Eine solche Exzimer-Laserquelle erzeugt UV-Laserlicht mit einer Wellenlänge von 351 nm, 308 nm, 248 nm oder 193 nm, das ab einer bestimmten Energie­ schwelle die Molekülbindung des Gewebes aufbricht und die großen Gewebe­ moleküle in kleine Molekül-Bruchstücke umwandelt, die flüchtig sind und deshalb im Verlaufe der Operation aus dem Gelenkraum herausgespült werden können.

Es handelt sich also um eine "kalte Bearbeitung" ohne traumatische Effekte, da der Laserstrahl mit Hilfe der Lichtfaser direkt an das Knorpelgewebe herangeführt und ohne Anwendung von Druck und ohne Wärmeerzeugung die ent­ sprechende Gewebestelle abgetragen wird.

Die Steuerung der in den Gelenkbereich einführbaren Sonde erfolgt in der üblichen Weise über ein Endoskop bzw. Arthroskop, wobei die flexible Glasfaser die praktisch ungehinderte Bewegung der Sonde und damit die problemlose Erreichung aller zu behandelnden Gewebestellen ermöglicht.

Um den Strahl der Exzimer-Laserquelle ungestört bis zur eigentlichen Operationsstelle bringen zu können, erstreckt sich die Glasfaser bis in die aus einem festen Material, also Metall oder einem Kunststoff, bestehende Sonde hinein, die den bei ihrer Einführung in den Gelenkbereich auftretenden mechanischen Beanspruchungen gewachsen ist und auch die empfindliche Glasfaser gegen diese Beanspruchungen abschirmt.

Selbstverständlich muß die Sonde einen ausreichend kleinen Durchmesser in der Größenordnung von 1 bis 3 mm haben, damit sie ohne schädliche Nachwir­ kungen in den Gelenkbereich eingeführt werden kann.

Ein Problem bei der Verwendung des Laserlichtes einer Exzimer-Laserquelle besteht darin, daß die Laserstrahlen in Richtung der Glasfaser aus der Sonde austreten. Im allgemeinen wird jedoch das Laserlicht nicht in Fortsetzung der Glasfaser der Sonder benötigt sondern senkrecht zur Richtung der Sonde, so daß das Laserlicht am Ende der Glasfaser um 90° umgelenkt werden muß. Hierzu kann im Prinzip die Sonde an ihrem Ende in einem entsprechenden Winkel umgebogen sein, um die gewünschte Strahlrichtung zu erzielen. Diese Lösung ist zwar konstruktiv einfach, jedoch in der Realisierung insofern problematisch, als immer durch die Laserstrahlen die Gefahr einer Zerstörung der Glasfaser im Biegebereich besteht.

Falls dieses Risiko zu groß wird, kann das aus der Glasfaser bzw. der Sonde austretende Laserlicht durch zwei anderen Techniken abgelenkt werden, nämlich einmal mittels eines Umlenkprismas und zum anderen mittels eines entsprechend ausgestalteten Spiegels. Diese zusätzlichen optischen Elemente lassen sich in die Mündungsöffnung der Sonde integrieren, so daß das Laser­ licht im rechten Winkel zur Erstreckungsrichtung der Sonde austritt und da­ mit die interessierenden Gewebestellen problemlos erreichen kann.

Schließlich liegt eine weitere Schwierigkeit bei der Behandlung von Knor­ pelgewebe mit Laserstrahlen darin, daß die sehr exakt fokussierten und kon­ zentrierten Laserstrahlen nur eine punktförmige Gewebestelle beaufschlagen können. Es ist deshalb sehr mühsam und umständlich, größere Gewebeflächen mit Hilfe von Laserstrahlen abzutragen.

Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, in das Ende der Sonde eine Zylinder­ linse zu integrieren, die den etwa punktförmigen Laserstrahl verbreitert, so daß bei einer Bewegung der Sonde über das zu behandelnde Gewebe eine größere Gewebefläche und nicht nur ein linienförmiger Bereich abgetragen werden kann.

Diese Behandlungsart eignet sich insbesondere für die Arthrosebehandlung, da sich in einer kurzen, dem Patienten problemlos zuzumutenden Zeitspanne auch größere Gewebeflächen entfernen lassen.

Die Behandlungstiefe läßt sich mit Hilfe der Energie des Laserstrahles justieren und liegt im allgemeinen in der Größenordnung von 5 µm, so daß gezielt beschädigtes oder krankhaft verändertes Gewebe schichtweise abge­ tragen werden kann, ohne beispielsweise die Knochenhaut oder gar den eigentlichen Knochen anzugreifen.

Zur Ausspülung der flüchtigen Substanzen, die bei der Zerstörung des Gewe­ bes durch den Laserstrahl anfallen, dient eine ebenfalls über die Sonde eingeführte Spülflüssigkeit, im allgemeinen eine Salzlösung, die am Ende der Sonde austritt und die Behandlungsstelle direkt beaufschlagt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Be­ zugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den Gesamtaufbau einer Vorrichtung zum Abtragen von Ge­ webe im Kniegelenk eines Patienten,

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab die in das Kniegelenk einführbare Sonde,

Fig. 3 im vergrößerten Maßstab die Mündungsöffnung der Sonde,

Fig. 4 eine Modifikation der Sonde nach den Fig. 2 und 3 mit gebogenem Endstück,

Fig. 5 eine Sonde mit integriertem Spiegel zur Umlenkung des aus­ tretenden Laserstrahls,

Fig. 6 im vergrößerten Maßstab die Austrittsöffnung der Sonde mit dem Spiegel nach Fig. 5.,

Fig. 7 eine Sonde mit einem integrierten Umlenkprisma,

Fig. 8 eine Sonde mit einer integrierten Zylinderlinse, und

Fig. 9 im vergrößerten Maßstab eine andere Ansicht des Austritts­ endes der Sonde mit Zylinderlinse.

Die aus Fig. 1 ersichtliche, allgemein durch das Bezugszeichen 10 angedeu­ tete Vorrichtung zum Abtragen von Knorpelgewebe aus dem Kniegelenk, nämlich von beschädigtem oder krankhaft verändertem Meniskus-Gewebe, weist eine Exzimer-Laserquelle 12 auf, die über eine flexible, aus Quarzglas bestehen­ de Glasfaser 14 mit einer in das Kniegelenk einführbaren Sonde 16 verbunden ist, die noch im einzelnen beschrieben werden soll.

Über die Glasfaser 14 wird also UV-Laserlicht von der Laserquelle 12 in die Sonde 16 eingekoppelt und zu der beschädigten Knorpelgewebe-Stelle ge­ bracht, wo das Laserlicht, das eine Wellenlänge von etwa 308 nm hat, die Molekülbindungen des Knorpelgewebes aufbricht, so daß flüchtige Molekül­ bruchstücke entstehen, die ausgespült werden können.

Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Gewebefasern am Rand des Menis­ kus aber auch beschädigtes Knorpelgewebe schichtweise abtragen, da das Laserlicht nur eine Eindring- und damit Wirktiefe von etwa 5 µm hat.

Die Einführung der Sonde 16 in das Kniegelenk 18 des auf einem Operations­ tisch 22 liegenden Patienten wird mittels eines Arthroskopes 20 überwacht, das ebenfalls in das Kniegelenk 18 eingeführt wird und einerseits Beleuch­ tungslicht zur Operationsstelle bringt und andererseits die Operations­ stelle in vergrößertem Maßstab auf einem Monitor 24 darstellt.

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab den Endbereich der Sonde 16, die einen Durchmesser von etwa 1 bis 3 mm hat und ein Rohr 26 aus einem widerstands­ fähigen Material, insbesondere Metall oder Kunststoff, aufweist, in dem sich die Glasfaser 14 befindet. Die Auswahl des geeigneten Materials für das Rohr 26 hängt von der Anwendungsart ab, wobei sich bei der Ausgestal­ tung als Wegwerfartikel ein entsprechender Kunststoff empfiehlt.

Zwischen der Lichtfaser 14 und dem Rohrmantel 26 erstreckt sich ein sche­ matisch angedeuteter Ringspalt 28, durch den eine Spülflüssigkeit geleitet werden kann, die am rechten Ende der Sonde 16 nach Fig. 2 zusammen mit dem Laserlicht in Richtung der Pfeile austritt.

Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab den Mündungsbereich der Sonde 16 mit dem Ringspalt 28 für die Spülflüssigkeit und die Glasfaser 14 mit der durch Pfeile angedeuteten Austrittsrichtung des Laserstrahls.

Fig. 4 zeigt eine Variante der Sonde 16, bei der das Endstück 30 des Rohres 26 und damit der Glasfaser 14 abgebogen ist. Der Biegeradius r des Endbe­ reiches 30 liegt im Bereich von 0,5 bis 2,0 cm, wobei berücksichtigt werden muß, daß es bei einer zu starken Verformung der Glasfaser 14 in diesem Be­ reich unter dem Einfluß des Laserlichtes leicht zu einer Beschädigung der empfindlichen Glasfaser 14 kommen kann.

Fig. 5 zeigt im vergrößerten Maßstab eine Variante des Endbereiches der Sonde 16, bei der die Strömungsrichtung der Spülflüssigkeit in dem Ring­ spalt 28 durch Pfeile angedeutet ist. Bei dieser Ausführungsform endet die Glasfaser 14 kurz vor dem Ende des Rohres 26, in das ein Umlenkspiegel 32, integriert ist. Das aus der Stirnfläche der Glasfaser 14 austretende Laser­ licht verbreitert sich also kegelförmig und trifft auf den Umlenkspiegel 32, der es gemäß der Darstellung in Fig. 5 senkrecht nach unten richtet, so daß das Laserlicht über eine Öffnung 34 in der Rohrwand aus dem Rohr 26 austre­ ten kann. Durch diese Öffnung 24 verläßt auch die Spülflüssigkeit das Rohr 26.

Fig. 6 zeigt im vergrößerten Maßstab den Umlenkspiegel 32, der an seinen Enden durch einen Kleber 36 mit dem Rohr 26 verbunden ist. Der Spiegel 32 ist mit einer dielektrischen Verspiegelung versehen, die das UV-Laserlicht mit der Wellenlänge von etwa 308 nm reflektiert. Diese dielektrische Verspiegelung ist in Fig. 6 durch das Bezugszeichen 38 angedeutet.

Der Krümmungsradius des Umlenkspiegels 32 liegt im Bereich von 0,2 bis 2,0 cm.

Wird ein sphärischer Spiegel verwendet, so kann ein runder Schnitt erzielt werden, während ein ebenfalls prinzipiell möglicher astigmatischer Spiegel zu einem Linienschnitt führt.

Fig. 7 zeigt eine Variante, bei der in das Ende des Rohres 26 ein aus Quarz bestehendes Umlenkprisma 39 integriert ist. Dabei sorgt die über den Ring­ spalt 28 erfolgende Spülung mit der Salzlösung für einen reflexionsfreien Übergang des Laserlichtes von der Lichtfaser 14 in das Umlenkprisma 39. Die Reflexionsfläche des Umlenkprismas 39 kann sphärisch oder astigmatisch ge­ schliffen werden, um eine runde oder lineare Fokusierung zu erhalten.

Die Fig. 8 und 9 zeigen schließlich eine Ausführungsform, bei der die Glas­ faser 14 in der Sonde 16 kurz vor der Mündungsöffnung des Rohres 26 endet, so daß sich das aus der Stirnfläche der Glasfaser 14 austretende UV-Laser­ licht kegelförmig zur Mündungsöffnung hin verbreitert. In die Mündungs­ öffnung des Rohres 26 ist eine Zylinderlinse 40 integriert, die eine Brenn­ weite von 0,2 bis 1 cm und eine Länge von etwa 3 bis 5 mm hat.

Wie man aus dem Querschnitt nach Fig. 9 erkennt, ist in einer Richtung der Endbereich des Rohres 26 etwas erweitert um die gesamte Länge von 3 bis 5 mm der Zylinderlinse 40 aufnehmen zu können.

Bei allen Ausführungsformen besteht die Glasfaser 14 aus einer Quarzfaser mit einem Durchmesser von 0,5 bis 1,5 mm aus einem Quarzmaterial, das bei der hier interessierenden Wellenlänge von 351 nm, 308 nm, 248 nm oder 193 nm keine Absorption zeigt.

Die beschriebene Glasfaser 14 kann durch ein Linsensystem mit vielen kleinen Linsen aus Magnesiumfluorid (MgF₂) Calziumfluorid oder Saphir ersetzt werden.

Um bei der Ausführungsform nach Fig. 4 die Glasfaser 14 in der gebogenen Lage zu halten, kann sie im Endbereich 30 von einer Forversteifung umgeben, nämlich einer Drahtwendel oder einem Drahtgeflecht.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Abtragen von Gewebe, insbesondere von Knorpelgewebe, im Gelenkbereich dadurch gekennzeichnet, daß eine Excimer-Laserquelle (12) über mindestens eine Glasfaser (14) oder ein Linsensystem mit einer in den Gelenkbereich (18) einführbaren Sonde (16) mit einer Austrittsöffnung für das UV-Laserlicht verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaser (14) aus Quarz besteht, das Licht mit einer Wellenlänge von 351 nm, 308 nm, 248 nm oder 193 nm nicht absorbiert.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (16) ein Rohr (26) aus Metall oder Kunststoff aufweist, in dem sich das Ende der Glasfaser (14) befindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Glasfaser (14) und dem Rohr (26) der Sonde (16) ein Ringspalt (28) für die Durchleitung einer Spülflüssigkeit, insbesondere einer Salzlösung, ausge­ bildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich (30) des Rohres (26) und damit der Glasfaser (14) umge­ bogen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Mündungsöffnung des Rohres (26) ein Umlenkprisma (39) aus Quarz integriert ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Endbereich des Rohres (26) ein Umlenkspiegel (32) integriert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenk­ spiegel (32) in das Ende des Rohres (26) geklebt ist und eine als Re­ flexionsschicht für Laserlicht einer Wellenlänge von etwa 308 nm diendende dielektrische Verspiegelung (38) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (34) sphärisch oder astigmatisch ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Endbereich des Rohres (26) eine Zylinderlinse (40) integriert ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder­ linse (40) eine Brennweite von etwa 0,2 bis 1 cm und eine Länge von etwa 3 bis 5 mm hat.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Linsen­ system aus Magnesiumfluorid (MgF₂), Calziumfluorid (CaF₂) oder Saphir besteht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Glasfaser (14) von einem formversteifenden Metalldrahtgewebe umgeben ist.