DE3836337A1 - Verfahren und vorrichtung zum erfassen von intrakorporal erzeugten laserinduzierten stosswellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen von intrakorporal als Folge eines laserinduzierten Durchbruches einer geeigneten Materie in einem Spülmedium erzeugten Stoßwellen zum Zwecke der Zertrümmerung von Gegenständen in Organen, Gefäßen oder dergleichen mit von einem Lichtleiter übertragenen Laserstrahlen, wobei der Lichtleiter und das Spülmedium mittels einer rohrförmigen, mehrlumigen Sonde in den Körper eingeführt wird.

Des weiteren befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung zum Erfassen von intrakorporal erzeugten laserinduzierten Stoßwellen mit einem einen Laserstrahl erzeugenden Laser, einen den Laserstrahl übertragenden Lichtleiter, der von einer rohrförmigen mehrlumigen ein Spülmedium leitenden Sonde umgeben ist und eine Zuleitung für das Spülmedium in die Sonde aufweist, wobei im Bereich des distalen Sondenendes und des Lichtleiterkopfes für die Erzeugung des Plasma geeignete Materie für den laserinduzierten Durchbruch vorgesehen ist.

Die intrakorporale Steinzertrümmerung durch laserinduzierte Stoßwellen stellt eine seit einer Reihe von Jahren wirkungsvolle in der Medizin unter dem Begriff "laserinduzierte Stoßwellenlithotripsie (LISL) bekannte Therapieform dar, wozu beispielsweise auf die Zeitschrift "Laser in Medicine and Surgery" by MZV-EBM Verlag, 3f:177-181 (1987) "Physikalische Vorgänge bei der laserinduzierten Stoßwellenlithotripsie" von E. Reichel, H. Schmidt-Kloiber, H. Schöffmann, G. Dohr, R. Hofmann, R. Hartung, verwiesen wird. Kurze intensive Laserpulse werden über Lichtleiter an den Operationsort herangeführt und lösen dort als Folge des laserinduzierten Durchbruches auf sichere Weise die Stoßwellen aus. Damit ist es möglich, Steine in engbegrenzten Hohlräumen, wie beispielsweise Harnleiter oder Gallengang, zu zerstören. Zur Durchführung der Steinzertrümmerung unter visueller Kontrolle wird ein Endoskop eingesetzt, durch das die Lichtleitfaser verschiebbar geführt wird und das zugleich einen Kanal zum Absaugen der entstehenden Konkremente aufweist. Für den Fall, daß keine visuelle Kontrolle vorgesehen ist, wird der Lichtleiter, der den Laserstrahl überträgt, nur in einer rohrförmigen Sonde geführt, durch die auch das Spülmedium geleitet wird.

Im Falle laserinduzierter Stoßwellen wird ein mit Überschallgeschwindigkeit expandierendes Plasma durch eine geeignete Materie, Festkörper, Flüssigkeit, Gas erzeugt, das auf das Spülmedium einwirkt und dadurch die Stoßwellenemission auslöst. Beispielsweise können die Stoßwellen am Ende des Lichtleiters, d.h. vor dem Lichtleiterkopf, durch einen sogenannten Koppler erzeugt werden, beispielsweise einen am distalen Sondenende angeordneten Wolfram-Steg. Es ist auch möglich, mit dem Spülmedium geeignete Materie zu transportieren, beispielsweise Eisen-3-Lösung. Bei dem laserinduzierten Durchbruch wird die optische Energie in mechanische und thermische Energie umgesetzt. Diese Energien wirken jedoch auch auf den Koppler bzw. den Lichtleiterkopf zurück, so daß diese nach einer bestimmten Betriebsdauer verschlissen sind und keine Stoßwellen mehr erzeugt werden können. Die Wahrscheinlichkeit, daß plötzlich der Koppler intraoperativ, d.h. während einer Operation durch Verschleiß ausfällt, kann auf ca. 50% geschätzt werden. Intraoperativ gibt es keine Möglichkeit, die Funktionsfähigkeit des Kopplers, des Lichtleiters bzw. der Stoßwellenerzeugung zu kontrollieren.

Da die Zertrümmerung eines Gegenstandes, wie Nierensteines, erst nach mehrminütiger Applikation von laserinduzierten Stoßwellen, erfahrungsgemäß etwa zwischen 300 bis 6000 Laserimpulsen, eintritt, kann ein defekter Koppler bzw. Lichtleiterkopf zu dem falschen Eindruck führen, daß der Gegenstand nicht zertrümmerungsfähig ist und die Behandlung wird durch Entfernen der Sonde abgebrochen. Erst nach dem Herausziehen der Sonde kann deren Funktion überprüft werden und man stellt fest, daß der Koppler oder Lichtleiterkopf funktionsuntüchtig geworden war. Dann muß die Operation von vorne begonnen werden. Das ist ein unzuträglicher Zustand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, die Funktionsfähigkeit des Lichtleiters intraoperativ zu kontrollieren. Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, anstelle der visuellen Kontrolle durch Einsatz eines Endoskopes bei der laserinduzierten Stoßwellentherapie eine andere Kontrollmöglichkeit zu finden.

Diese Aufgaben werden für die intrakorporale laserinduzierte Stoßwellentherapie mit Lichtleiter und Spülmedium dadurch gelöst, daß die in dem Spülmedium zum proximalen Ende der den Lichtleiter und das Spülmedium enthaltenden Sonde rücklaufende reflektierte Stoßwelle durch eine Druckmessung erfaßt wird.

Erfindungsgemäß soll die erzeugte laserinduzierte Stoßwelle durch eine Druckmessung dargestellt werden. Für die Druckmessung können beispielsweise spezielle Sensoren, beispielsweise piezoelektrische Sensoren, die den Druck in elektrische Impulse umwandeln, eingesetzt werden. Die Anzeige des Impulses kann dann durch ein nachgeschaltetes Oszilloskop erfolgen. Die einfachste denkbare Lösung wäre, die laserinduzierte Stoßwelle durch einen extrakorporal angelegten Drucksensor aufzunehmen. Wegen der großen Entfernung zwischen der intraoperativ eingeführten Sonde mit Lichtleiter und der extrakorporal angelegten Druckmesseinrichtung sind aber keine verläßlichen Meßergebnisse erhältlich, höchstens kann festgestellt werden, ob Stoßwellen erzeugt werden oder nicht.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß die laserinduzierte Stoßwelle nicht nur auf den zu zertrümmernden Gegenstand übertragen wird, sondern von dem Spülmedium in der entgegengesetzten Richtung übertragen wird, d.h. durch das Spülmedium durch die Sonde zum proximalen Ende derselben und weiter zurückläuft. In Weiterführung des Erfindungsgedankens ist durch Einbringen eines Drucksensors in das Spülmedium, das den Drucksensor beaufschlagt, die Stoßwelle erfaßbar. Der von der Stoßwelle erzeugte Druck wird gemessen bzw. in elektrische Pulse umgewandelt und wird für die Kontrolle der Funktion des Lichtleiters, der intrakorporalen Lage des Lichtleiters und der Kontrolle der Zertrümmerung des Gegenstandes benutzt. Für den Fall, daß bei Aussenden eines Laserstrahles keine Stoßwelle registriert wird, ist davon auszugehen, daß kein laserinduzierter Durchbruch stattgefunden hat, d.h. der Koppler verschlissen ist oder der Kopf des Lichtleiters zerstört ist. Für den Fall, daß vor dem Lichtleiterkopf kein "harter" Gegenstand sich befindet, sondern ausschließlich Gewebe und Flüssigkeit, wird bei Aussenden von Laserimpulsen nur die am Durchbruch erzeugte und reflektierte Stoßwelle zurücklaufen und kann gemessen werden. Für den Fall, daß vor dem Lichtleiterkopf ein harter Gegenstand sich zusätzlich zu dem Spülmedium und Gewebe befindet, wird außer der am Durchbruch reflektierten Stoßwelle auch eine zeitlich verzögerte am harten Gegenstand reflektierte zweite rücklaufende Stoßwelle erzeugt. Diese beiden unterschiedlich reflektierten Stoßwellen, die auch unterschiedliche Intensität aufweisen, können durch Druckmessung in dem Spülmedium erfaßt werden und aus den Druckdifferenzen und/oder der zeitlichen Verzögerung auf den Abstand zwischen Durchbruchort und hartem Gegenstand geschlossen werden. Damit ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, durch Druckmessung der reflektierten Stoßwellen praktisch eine visuelle Kontrolle der intrakorporal geführten Lichtleiter in bezug auf den zu zertrümmernden Gegenstand zu erhalten.

Wenn nach Durchführung der Funktionsprüfung und der Einführung der Sonde mit Lichtleiter bis zu dem harten zu zertrümmernden Gegenstand nach weiterer Applikation von Laserimpulsen die Zertrümmerung des harten Gegenstandes durchgeführt wird, so können die erzeugten rücklaufenden Stoßwellen und die dadurch erzeugten Drucke fortlaufend gemessen werden und der Zeitpunkt der Steinzertrümmerung durch eine entsprechende Druckveränderung festgestellt werden, da nach dem Verschwinden des harten Gegenstandes auch keine Stoßwelle mehr an diesem reflektiert und damit auch nicht mehr gemessen werden kann.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen von laserinduzierten Stoßwellen, intrakorporal, mit einem Laser und einer rohrförmigen Sonde, in der der den Laserstrahl übertragende Lichtleiter und das Spülmedium geführt ist, zeichnet sich dadurch aus, daß sie mindestens einen von dem Spülmedium beaufschlagbaren Drucksensor aufweist, der an eine Auswerteinrichtung angeschlossen ist. Nach bevorzugter Ausführung ist der Drucksensor im Bereich des proximalen Endes der Sonde extrakorporal angeordnet. Als Drucksensor können piezoelektrisch arbeitende Druckaufnehmer eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht, daß alle zur Überwachung und Kontrolle der Stoßwellen und der Lage des Lichtleiters im Körper benötigten Vorrichtungen extrakorporal, z.B. am Lasergehäuse, eingebaut werden können. Dies bedeutet leicht Bedienbarkeit, wenig Aufwand im OP-Raum und keine Vergrößerung des Sondendurchmessers. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet also kleinere Durchmesser der Sonden als es beispielsweise mit Endoskopen zur visuellen Kontrolle möglich ist. Andererseits kann sie auch in Verbindung mit Endoskopen eingesetzt werden.

Durch die Messung der Stoßwellen, die im Spülmedium übertragen werden, und zwar zurück zum proximalen Ende der Sonde und damit Ex Corpus, erhält man einen direkten Hinweis auf das am Durchbruchsort bzw. Koppler und an der Glasfaserspitze, d.h. am Lichtleiterkopf auftretende Geschehen. Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung, die vom harten Gegenstand, wie z.B. Gallenstein, reflektierte Stoßwelle zu untersuchen. Damit kann der Kontakt zu dem harten Gegenstand bzw. der Abstand des Durchbruchsortes überprüft werden, da eine reflektierte Stoßwelle nur dann gemessen werden kann, wenn der harte Gegenstand unmittelbar vor dem laserinduzierten Durchbruchsort, z.B. dem Koppler, steht.

Je näher die Druckmessung zum Entstehungsort der Stoßwelle, d.h. zum Durchbruchsort, vorgenommen wird, desto bessere Druckwerte können gemessen werden. Deshalb könnte es zweckmäßig sein, die Drucksensoren im Bereich des proximalen Endes der Sonde, in dem der Lichtleiter geführt ist, unterzubringen, wobei dieses proximale Ende verdickt, d.h. mit vergrößertem Durchmesser, ausgebildet sein könnte. Dieses proximale Ende ist jedoch extrakorporal, so daß es bei der Einführung des Lichtleiters in den Körper nicht stört. Auch der Aufprallwinkel der Stoßwelle auf den Drucksensor sollte optimal gewählt werden. Es ist auch möglich, den Drucksensor im Zuleitungsbereich des Spülmediums zu der den Lichtleiter führenden Sonde vorzunehmen.

Die Erfindung kann nicht nur bei der Zertrümmerung von Gallensteinen, Nierensteinen, Harnsteinen oder dergleichen angewendet werden, sondern eignet sich auch für den Einsatz in der Gefäßchirurgie bei Verkalkungen, Verstopfungen und in der Herzchirurgie. Auch hier sind durch Zertrümmerung von die Gefäße verengenden oder absperrenden Gegenständen, auch Blutgerinseln, durch Stoßwellentherapie, laserinduziert, die Funktionen des Lichtleiters während der Therapie zu überprüfen.

Die Erfindung wird in der Zeichnung beispielhaft erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Funktion eines Lichtleiters für laserinduzierte Stoßwellen

Fig. 2 schematisch eine Vorrichtung zum Erzeugen laserinduzierter Stoßwellen.

Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß auch möglich, zwei Drucksensoren gleichzeitig und in gleichem Abstand vom Durchbruchsort einzusetzen, um das Rauschen auszufiltern und die Meßgenauigkeit zu erhöhen.

In der Fig. 2 ist schematisch die gesamte Vorrichtung zum Erzeugen von Stoßwellen mittels Laserstrahlen für die intrakorporale Therapie dargestellt. Der Laser 1 ist mit dem flexiblen Lichtleiter 2 ausgestattet, dessen vorderes Ende von der rohrförmigen Sonde 5 zum Einführen in die Körperhöhlen umgeben ist. Zur Erzeugung des laserinduzierten Durchbruches ist am distalen Sondenende vor dem Lichtleiterkopf 21 eine geeignete Materie 61 angeordnet. Am proximalen Ende 51 der Sonde ist der Anschlußstutzen 8 für das Spülmedium 4 vorgesehen. Das Spülmedium 4 wird aus dem Vorratsbehälter 83 mittels der Pumpe 82 über die Zuleitung 81 gesteuert und dosiert eingebracht. Der Drucksensor 9 zum Messen der in dem Spülmedium 4 vom distalen Sondenende 52 zurücklaufenden reflektierten Stoßwellen, die zum proximalen Ende der Sonde 5 wandern, ist beispielhaft im Bereich des Anschlußstutzens 8 an einer Auslaßöffnung 84 angebracht. Es ist auch möglich, den Drucksensor 9 direkt in der Sonde 5 im Bereich des proximalen Sondenendes 51 anzuordnen, wobei die Stoßwellen möglichst frontal auf den Drucksensor auflaufen sollten.

Der Drucksensor 9 ist an die Auswerteinrichtung 12 angeschlossen, beispielsweises ein Oszilloskop. Die gemessenen Drücke werden in elektrische Impulse umgewandelt und einer Anzeigevorrichtung zugeführt.

Die von dem Laser 1 erzeugten Laserimpulse werden gemäß Fig. 1 durch den Lichtleiter 2, z.B. eine Quarzglasfaser, weitergeleitet und treten am Lichtleiterkopf 21 aus. Die Quarzglasfaser 2 ist beispielsweise von einer Isolierhülle 3, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen, umgeben. Der Lichtleiter 2 ist in der rohrförmigen Sonde 5 geführt, die flexibel ist, so daß sie auch gekrümmt in entsprechende Körperhöhlen eingeführt werden kann. Der Lichtleiterkopf 21 befindet sich im Bereich des distalen Endes 52 der Sonde 5. Zur Erzeugung des laserinduzierten Durchbruches, d.h. des Plasma, ist am distalen Ende 52 der Sonde 5 vor dem Lichtleiterkopf 21 das Plasma liefernde Material in Gestalt des Wolfram-Steges 61, insgesamt als Koppler 6 bezeichnet, angebracht. Der Wolfram-Steg 61 bildet die Durchbruchsstelle oder den Durchbruchsort 10 für die laserinduzierte Stoßwelle 2. Die von dem Lichtleiter übertragenen Laserimpulse treffen direkt auf den Wolfram-Steg 61 auf und erzeugen die Stoßwelle 11 V, die in der Strahlrichtung weiter auf den harten Gegenstand, beispielsweise Stein 7, läuft. Gleichzeitig reflektiert die am Durchbruchsort 10, erzeugte Stoßwelle und läuft rückwärts als Stoßwelle 11 R zum proximalen Ende 51 der Sonde. Durch die Sonde 5 wird das Spülmedium 4, eine Flüssigkeit, eingeführt, die am distalen Sondenende 51 austritt und den Raum in der Körperhöhle und um den zu zertrümmernden Gegenstand 7 füllt. Diese Spülflüssigkeit stellt das Übertragungsmedium für die am Wolfram-Steg, d.h. dem Durchbruchsort, induzierte Stoßwelle dar. Als Spülmedium kann Wasser oder auch eine andere geeignete körperverträgliche Flüssigkeit eingesetzt werden.

Außer der vom Durchbruch 10 zurücklaufenden Stoßwelle wird auch die auf den Stein 7 auftreffende Stoßwelle 11 V an diesem reflektiert und läuft mit Zeitverzögerung hinter der ersten Stoßwelle 11 R als zweite Stoßwelle 11VR hinterher. Beide Stoßwellen werden von dem Spülmedium weitergeleitet.

Für den Fall, daß der Wolfram-Steg 61 verschlissen ist, werden bei Aussenden von Laserimpulsen keine Stoßwellen mehr erzeugt, damit können auch keine reflektierten Stoßwellen an dem Drucksensor 9 registriert werden. Damit ist eine eindeutige Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Sonde zum Erzeugen laserinduzierter Stoßwellen auch intraoperativ möglich. Des weiteren kann mit der Vorrichtung überprüft werden, ob die Sonde mit dem distalen Ende ausreichend nahe an dem zu zertrümmernden Gegenstand 7 herangeführt ist. Erst wenn die Sonde sich dicht vor dem Stein 7 befindet, können die erzeugten Stoßwellen reflektiert werden und eine entsprechende Erfassung durch den Drucksensor 9 und Registrierung ist möglich. Dies bedeuet, daß die Sonde unter Aussenden von Laserimpulsen, ohne daß ein Endoskop eingesetzt werden muß, in eine Körperhöhle bis zu dem gewünschten Ort eingeführt werden kann. Sobald das distale Ende der Sonde sich dem zu zertrümmernden Gegenstand nähert, ändern sich die Druckanzeigen im Oszilloskop 12 und die gewünschte Plazierung kann vorgenommen werden. Nach der Zertrümmerung des Gegenstandes 7 werden keine Stoßwellen mehr an diesem reflektiert, so daß sich wiederum die Druckanzeige in dem Oszilloskop 12 ändert, so daß der Operateur weiß, daß er sein Ziel erreicht hat. Wenn der Druck ganz ausfällt, ist dies ein Anzeichen dafür, daß keine Stoßwellen mehr erzeugt werden und die Vorrichtung funktionsuntüchtig geworden ist. Das kann durch Ausfall des Kopplers oder durch Zerstörung des Lichtleiterkopfes geschehen.

Als Drucksensoren können hochempfindliche handelsüblich erhältliche Druckaufnehmer eingesetzt werden. Bei piezoelektrischen Druckaufnehmern wird das vom Druckaufnehmer abgegebene Ladungssignal üblicherweise durch einen Ladungsverstärker in eine proportionale Ausgangsspannung umgewandelt, die dann einer geeigneten Auswerteinrichtung, wie Oszilloskop, zugeführt wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum Erfassen von intrakorporal als Folge eines laserinduzierten Durchbruches einer geeigneten Materie in einem Spülmedium erzeugten Stoßwellen zum Zwecke der Zertrümmerung von Gegenständen in Organen, Gefäßen oder dergleichen mit von einem Lichtleiter übertragenen Laserstrahlen, wobei der Lichtleiter und das Spülmedium mittels einer rohrförmigen mehrlumigen Sonde in den Körper eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Spülmedium zum proximalen Ende der Sonde rücklaufende reflektierte Stoßwelle durch eine Druckmessung erfaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierte Stoßwelle durch Beaufschlagung eines Drucksensors durch das Spülmedium erfaßt wird und der erzeugte Druck gemessen und für die Kontrolle der Funktion des Lichtleiters der intrakorporalen Lage des Lichtleiters, im Verhältnis zum zu zertrümmernden Gegenstand und zur Kontrolle der Zertrümmerung des Gegenstandes benutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am laserinduzierten Durchbruch reflektierte Stoßwelle erfaßt und der erzeugte Druck gemessen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die am zu zertrümmernden Gegenstand reflektierte Stoßwelle erfaßt und der erzeugte Druck gemessen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den verschiedenen reflektierten Stoßwellen erzeugten gemessenen Drucke miteinander verglichen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine piezoelektrische Druckmessung vorgenommen wird.

7. Vorrichtung zum Erfassen von intrakorporal erzeugten laserinduzierten Stoßwellen mit einem einen Laserstrahl erzeugenden Laser, einen den Laserstrahl übertragenden Lichtleiter, der von einer rohrförmigen mehrlumigen ein Spülmedium leitenden Sonde umgeben ist und eine Zuleitung für das Spülmedium in die Sonde aufweist, wobei im Bereich des distalen Sondenendes und des Lichtleiterkopfes für die Erzeugung des Plasma geeignete Materie für den laserinduzierten Durchbruch vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen von dem Spülmedium beaufschlagbaren Drucksensor aufweist, der mit einer Auswerteinrichtung für die erfaßten Drucke verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor im Bereich des proximalen Endes der Sonde extrakorporal angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drucksensoren vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das proximale Ende der Sonde gegenüber dem übrigen Sondenteil vergrößert zur Aufnahme der Drucksonde ausgebildet ist.