DE3942920C2 - Vorrichtung zum Schutz der Faserfläche eines Lichtwellenleiters bei der Erzeugung von laserinduzierten Stoßwellen - Google Patents
Vorrichtung zum Schutz der Faserfläche eines Lichtwellenleiters bei der Erzeugung von laserinduzierten StoßwellenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz der Faserendfläche eines Lichtwellenleiters bei der
Erzeugung von laserinduzierten Stoßwellen - hier:
Vorrichtung zur Effektivitätssteigerung der
Stoßwellenerzeugung.
Der Stand der Technik zur Erzeugung von Stoßwellen mit
kurz gepulsten Lasersystemen ist im Hauptpatent
(Nr. 39 33 613) 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.
Aus der Druckschrift DE 35 06 249 A1 ist eine Vorrichtung zur Zertrümmerung eines
festen Körpers, welche von einem Fluid umgeben ist, bekannt. Bei dieser bekannten
Vorrichtung wird ein über einen Lichtleiter geführter Lichtimpuls nach dem Austritt aus
dem Lichtleiter durch eine von der Austrittsstelle beabstandete Linse im Fluid derart
fokussiert, daß die Energiedichte den Breakdown-Schwellwert des Fluids übersteigt. Die
dabei entstehende akustische Stoßwelle wird mittels eines Reflektors auf den Festkörper
fokussiert. Nachteilig ist, daß diese Vorrichtung nur in solchen Fällen anwendbar ist, in
denen der zu zertrümmernde feste Körper von einem Fluid umgeben ist.
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.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 oder 5 gelöst.
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.
In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.
Abb. 1 beschreibt die Anordnung, in der die Quarzfaser 1
das Licht über eine harte Zwischenplatte 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 (11)
1. Vorrichtung zum Schutz der Faserendfläche eines Lichtwellenleiters (1) bei der
Erzeugung von laserinduzierten Stoßwellen mit kurzgepulsten Lasersyste
men, wobei der Ort der Auskopplung aus der Lichtleitfaser (1) räumlich vom
Ort der Stoßwellenerzeugung getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Raum zwischen dem distalen Ende der Lichtleitfaser (1) und dem Ort der
Stoßwellenerzeugung mit einem Abstandsstück (2, 4) aus einem Material
gefüllt wird, das härter als Quarz und für die verwendete Laserstrahlung
durchlässig ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für
das Abstandsstück (2, 4) Saphir verwendet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für
das Abstandsstück (2, 4) Diamant verwendet wird.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Abstandsstück eine fokussierende Spitze (4) verwendet
wird.
5. Vorrichtung zum Schutz der Faserendfläche eines Lichtwellenleiters (1) bei
der Erzeugung von laserinduzierten Stoßwellen mit kurzgepulsten Lasersy
stemen, wobei der Ort der Auskopplung aus der Lichtleitfaser (1) räumlich
vom Ort der Stoßwellenerzeugung getrennt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß als Material zur räumlichen Trennung von Auskoppelfläche und Ort der
Stoßwellenerzeugung ein hochviskoses Kunstharz verwendet wird, das die
Stoßwellen quasielastisch dämpft.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstands
material eine gleichmäßige Kunstharzbeschichtung (5) des Faserendes
verwendet wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunst
harzbeschichtung (5) tropfenförmig und für die Laserstrahlung fokussierend
ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunst
harzbeschichtung (5) als zäher Überzug die freipräparierte Quarzfaserspitze
vollständig und einen Teil des Fasermantels umschließt, so daß bei Faser
bruch die Spitze nicht in der Nähe der Zielstruktur zurückbleibt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß als Kunstharz ein Epoxidharz, insbesondere ein ent
sprechender schnellhärtender Kleber verwendet wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß als Kunstharz ein Polyurethanharz, insbesondere ein
DD-Lack, verwendet wird.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß als Kunstharz ein Polyvinylacetat, insbesondere ein
entsprechender konfektionierter Kleber, verwendet wird.
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