DE3942920A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von laserinduzierten stosswellen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von laserinduzierten stosswellenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur
Erzeugung von Laserinduzierten Stoßwellen - hier:
Vorrichtung zur Effektivitätssteigerung der
Stoßwellenerzeugung.
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.
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.
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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