DE3942920A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von laserinduzierten stosswellen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von laserinduzierten stosswellen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Laserinduzierten Stoßwellen - hier: Vorrichtung zur Effektivitätssteigerung der Stoßwellenerzeugung.
Aufgabenstellung
Zur laserinduzierten Erzeugung von Stoßwellen werden extrem hohe Lichtintensitäten über Lichtleitfasern übertragen und damit an der Austrittstelle ein optischer Durchbruch erzeugt, der seinerseits Stoßwellen auslöst, die zur Erosion und Zerstörung von Materialoberflächen, Membranen oder Konkrementen benutzt werden. Bei der Auslösung der Stoßwellen werden nicht nur die Zielobjekte erodiert, sondern auch das Faserende.
Es wird daher eine Vorrichtung benötigt, um zu verhindern, daß durch geometrische Änderungen des Faserausgangs die Erzeugung von Stoßwellen ineffektiv wird oder daß "Abbrandprodukte", insbesondere bei medizinischen Anwendungen, an der Stoßwellenerzeugungsstelle zurückbleiben.
Stand der Technik
Der Stand der Technik zur Erzeugung von Stoßwellen mit kurz gepulsten Lasersystemen ist im Hauptpatent (Patentanmeldung Nr. P 39 33 613.1) beschrieben. Bei der Applikation der Stoßwellen auf verschieden harte Zielstrukturen hat es sich gezeigt, daß bei bestimmten Materialien ein erhöhter Abbrand oder Verschleiß des distalen Faserendes auftritt. Es gibt erste Hinweise, daß bei medizinischen Anwendungen derartig erzeugter Stoßwellen Lichtleitfaserreste zurückbleiben, die bei späteren Operationen im entsprechenden Organ gefunden wurden.
Bei Verwendung einer Faser ohne distale Optiken werden die Schockwellen auf der Zielstruktur nahezu im direkten Kontakt erzeugt. Es hat sich gezeigt, daß die Schwelle für die Zerstörung der Faser für verschiedene Wellenlängen sehr unterschiedlich ist. Eine gleiche Wellenlängenabhängigkeit zeigen auch die Zerstörschwellen der Zielstrukturen, so daß angenommen wird, daß die Prozesse zur Fragmentierung der Zielstruktur und des Faserendes dieselben sind. Nach dem Stand der Technik begrenzt die Schwelle für die Zerstörung des Faserendes die Übertragung höherer Energien, so daß die Stoßwellenerzeugung für einige Anwendungen ineffektiv wird.
Erfindungsgemäße Lösung
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß das Faserende eines Lichtleiters nach zwei Verfahren geschützt werden kann. Einerseits kann der Ort der Auslösung der Stoßwelle von der Auskopplung der Strahlung am Faserende räumlich getrennt werden, indem ein geeignetes Material zwischen Faserende und Auslösungsstelle für die Schockwellen eingebracht wird. Hierfür kommt vorzugsweise ein Material in Betracht, das härter als Quarz ist und deshalb von den Schockwellen nicht fragmentiert wird, da es eine höhere Zerstörschwelle besitzt.
Andererseits kann der Schutz durch Aufbringen eines Materials auf das Faserende erreicht werden, das elastisch bis quasi plastisch die auf das Faserende auftreffenden Schockwellen dämpft. Die Anforderungen an das Material sind ausreichende Transparenz im Spektralbereich der verwendeten Laserstrahlung, kurzzeitige biologische Verträglichkeit und mechanische Dämpfung der Stoßwelle. Besonders geeignet sich zähe, hochviskose Polymere, die sowohl eine elastische als auch plastische Verformbarkeit aufweisen.
Bewährt haben sich Kunstharze aus verschiedenen Stoffklassen, wie z. B. Epoxidharze, in Form eines Schnellklebers, Polyurethanharze (DD-Lacke), Polyvinylacetat (bzw. ein entsprechender Kleber), ohne daß die Ansprüche auf die genannten Beispiele beschränkt sein soll.
Abb. 1 beschreibt die Anordnung, in der die Quarzfaser 1 das Licht über eine harte Zwichenplatte 2 auf die Zielstruktur 3 leitet, an der die Stoßwellen ausgelöst werden. Als Material für die Zwischenplatte kommen alle im entsprechenden Wellenlängenbereich transparenten Substanzen in Frage, die eine größere Härte als Quarz aufweisen, wie z. B. Saphir oder Diamant.
Abb. 2 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung durch Verwendung einer fokussierenden Saphirspitze 4, die neben der höheren Standfestigkeit gegenüber der Zerstörung durch die Schockwellen auch den Vorteil der Fokussierung der Strahlung mit dem Effekt einer höheren Leistungsdichte bietet. Damit läßt sich eine Steigerung der übertragenen Energie um ca. 60% erreichen.
Abb. 3 beschreibt die Lösung mit einer Beschichtung aus einem transparenten und hochviskosen Kunststoff 5, der eine Fragmentierung der Faserendfläche verhindert.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich diese Beschichtung auch tropfenförmig ausbilden läßt (Abb. 4.), so daß ein fokussierendes Endglied entsteht, das wiederum den Vorteil einer Fokussierung der Strahlung und Erzeugung einer höheren Leistungsdichte bietet. Mit dieser Anordnung ist eine Steigerung der übertragenen Energie um ca. 100% im Vergleich zur nackten Faserendfläche möglich.
Darüberhinaus kann die Beschichtung der Faserendfläche auch in einer größeren Länge der Faser ausgeführt werden (Abb. 5), so daß bei Verwendung eines zähen Kunststoffes die Beschichtung auch als zusätzlicher Schutzmantel bei Bruch des Faserendes wirkt und keine Fragmente der Faser an der Anwendungsstelle zurückbleiben.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Schutz der Faserendfläche von Lichtwellenleitern bei der Erzeugung von laserinduzierten Stoßwellen mit kurzgepulsten Lasersystemen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ort der Auskopplung aus der Lichtleitfaser räumlich vom Ort der Stoßwellenerzeugung getrennt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem distalen Ende und dem Ort der Stoßwellenerzeugung mit einem Abstandstück aus einem Material gefüllt wird, das härter als Quarz und für die verwendete Laserstrahlung durchlässig ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für das Abstandstück Saphir verwendet wird.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für das Abstandstück Diamant verwendet wird.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 2 und 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandstück eine fokussierende Spitze verwendet wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material zur räumlichen Trennung von Auskoppelfläche und Ort der Stoßwellenerzeugung ein hochviskoses Kunstharz verwendet wird, das die Stoßwellen quasielastisch dämpft.
7. Vorrichtung nach den Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandsmaterial eine gleichmäßige Kunstharzbeschichtung des Faserendes verwendet wird.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandsmaterial die Kunstharzbeschichtung tropfenförmig und für die Laserstrahlung fokussierend ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunstharzbeschichtung als zäher Überzug die freipräparierte Quarzfaserspitze vollständig und einen Teil des Fasermantels umschließt, so daß bei Faserbruch die Spitze nicht in der Nähe der Zielstruktur zurückbleibt.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6 sowie 7 oder 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunstharz ein Epoxidharz, wie z. B. ein entsprechender schnellhärtender Kleber verwendet wird.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, sowie 7 oder 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunstharz ein Polyurethanharz, wie z. B. ein DD-Lack, verwendet wird.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6 sowie 7 oder 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunstharz ein Polyvinylacetat, wie z. B. ein ensprechender konfektionierter Kleber, verwendet wird.
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