DE4211526A1 - Optical working shaft for rigid endoscope for photo therapy - radiates optical radiation of high power e.g of laser isotropically through working shaft at distal end in predetermined spaced segments - Google Patents

Optical working shaft for rigid endoscope for photo therapy - radiates optical radiation of high power e.g of laser isotropically through working shaft at distal end in predetermined spaced segments

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DE4211526A1 DE19924211526 DE4211526A DE4211526A1 DE 4211526 A1 DE4211526 A1 DE 4211526A1 DE 19924211526 DE19924211526 DE 19924211526 DE 4211526 A DE4211526 A DE 4211526A DE 4211526 A1 DE4211526 A1 DE 4211526A1
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Abstract

The shaft includes a transparent optical stray light dome (5) which is fitted at the distal end, in which the light wave conductor (2) is guided across lead in lock (12) through the sleeve tube (11) coaxial with the working shaft. The optical dome is made of an opalising mineral material or glass. The shape of the dome is matched to the desired radiation characteristic. Articulated mirror segments are fitted inside the stray dome (5), so that additionally the radiation characteristic can be actively altered. USE/ADVANTAGE - Photochemical and photo-thermal reactions can be activated and controlled. In preselectable spatial angles optical radiation as isotropic as possible can be transmitted in wavelength range of 400 nm to 1400 nm.

Description

Aufgabenstellung task

Es soll ein Applikatorsystem entwickelt werden, das in einfacher Weise mit den heute marktgängigen Endoskopie- und Kathetersystemen benutzt werden kann, um im Körperinneren photochemische und photothermische Reaktionen auszulösen und zu steuern. It should be developed that can be used in a simple manner with the marketable today endoscopy and catheter systems to trigger photochemical and photothermal reactions inside the body and to control an applicator. Insbesondere soll es dabei möglich sein, in vorher wählbaren Raumwinkeln möglichst isotrop optische Strahlung im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1400 nm zu übertragen. In particular, it should thereby be possible to transmit in advance selectable solid angles as isotropic as possible optical radiation in the wavelength range of 400 nm to 1400 nm.

Stand der Technik State of the art

Aus DE P 40 41 234 ist bekannt, optische Strahlung durch Lichtleitfasern und Kathetersysteme in das Körperinnere zu übertragen, wobei die Licht leitfaser oder mehrere Lichtleitfasern jeweils distal mit geeigneten Streukörpern versehen sind. DE P 40 41 234 is known to transmit optical radiation through optical fibers and catheter systems in the body interior, wherein the light leitfaser or more optical fibers are respectively provided with suitable distal scattering bodies. Um derartige Systeme auch im Rahmen der endosko pischen Chirurgie bzw. interventionell nutzen zu können, ergeben sich jedoch eine Reihe von gravie renden Problemen. To such systems in the context of european endosko surgery or interventional use, however, there are a number of leaders gravie problems. Zum einen ist die Abstrahlrich tung nicht steuerbar, zum anderen ist die Wirkung nicht gleichzeitig visuell beobachtbar bzw. generell modifizierbar. Firstly, the Abstrahlrich processing is not controlled, on the other hand, the effect is not simultaneously visually observable or generally modifiable.

Erfindungsgemäße Lösung inventive solution

Über den Arbeitskanal eines Endoskops wird ein zweiter Optikschaft vorgeschoben, der am distalen Ende einen flüssigkeitsdichten für den jeweiligen Applikationswellenlängenbereich aber optisch durchlässigen Dom spezieller Formgebung besitzt, wobei die Formgebung in Kombination mit den Streueigenschaften des Dommaterials derart gewählt wird, daß vorherbestimmbare Volumen elemente hinreichend isotrop mit optischer Strah lung beaufschlagt werden können. a second optical shaft is via the working channel of an endoscope is advanced, but which has a liquid-tight for the respective application wavelength range optically transmissive dome special shape at the distal end, wherein the forming in combination with the scattering properties of Dommaterials is chosen such that predeterminable volume elements sufficiently isotropic with optical radia tion can be applied. Dabei hat sich überraschenderweise gezeigt, daß opalisierende Materialien sowohl in Kristall- als auch in Glasform in besonderer Weise als Lichtstreuer geeignet sind, inbesondere bei der Verwendung eines Nd:YAG- Lasers. In this case, it has been found that, surprisingly, opalescent materials are suitable both in crystal and in the glass particularly suitable as a light diffuser, in particular when using a Nd: YAG laser. Dabei wird erfindungsgemäß die Strahlung des Nd:YAG-Lasers durch einen optischen Licht wellenleiter an eine proximale optische Schnitt stelle des Endoskops geführt und innerhalb des Endoskops mit geeigneter Relaisoptik zum distalen Ende geführt. The radiation of the Nd according to the invention: YAG laser through an optical fiber location to a proximal section of the optical endoscope out and guided within the endoscope with a suitable relay optics to the distal end. Dabei ist die Relaisoptik so ausge legt, daß der distal angebrachte Streulichtdom möglichst homogen ausgeleuchtet wird. The relay optical system is being considered that the distally mounted Streulichtdom is illuminated as homogeneously as possible. Je nach Größe des Endoskopssystems wird in Weiterfüh rung des Erfindungsgedankens die energieüber tragende Lichtleitfaser auch innerhalb des Endo skopschaftes weitergeführt bis zum distal ange brachten Streulichtdom. Depending on the size of the endoscope system, power transmitting optical fiber is also within the Endo skopschaftes continued until the distally mounted Streulichtdom in Weiterfüh tion of the inventive concept. In diesem Falle ist jedoch erfindungsgemäß die numerische Apertur der Lichtleitfaser dem gewünschten Raumwinkel anzu passen. In this case, however, according to the invention, the numerical aperture of the optical fiber to match the desired solid angle. In Weiterführung des Erfindungsgedankens wird das in den Arbeitskanal eines Endoskops ein geführte Streulichtrohr mit einer Flüssigkeit gespült, um eine Aufwärmung des Applikators selbst durch vagabundierendes Streulicht der Laserstrahlung zu vermeiden. In a further development of the inventive idea which is flushed into the working channel of an endoscope, a guided light scattering tube with a liquid, in order to avoid heating of the applicator itself by stray scattered light of the laser radiation. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird dabei als Kühlmedium wiederum eine lichtstreuende Flüs sigkeit verwendet, wie z. In a particularly preferred embodiment, is in turn used as the cooling medium a light-diffusing flues sigkeit such. B. eine Öl-Wasser-Emul sion, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus Silikonöl und Wasser (ggf. versetzt mit geeig neten Detergentien) in einem Ultraschallbad hergestellt wird, um sodann über eine Umwälz pumpe durch den Endoskopschaft koaxial geführt wird, wobei durch die Frequenz und Intensität des Ultraschallbades die Streueigenschaften der Öl- Wasser-Emulsion in weiten Bereich eingestellt werden können, um damit die Abstrahlcharakte ristik am distalen Ende des optischen Streurohres in vorherstimmbarer Weise verändert werden kann. B. sion an oil-water Emul, which in the preferred embodiment of silicone oil and water (if necessary mixed with geeig Neten detergents) is produced in an ultrasonic bath, is coaxially passed through the endoscope shaft to then pump through a circulation, wherein by the frequency and intensity of the ultrasonic bath, the scattering properties of the oil and water emulsion can be adjusted in wide range in order so that the Abstrahlcharakte ristik at the distal end of the optical scattering tube can be changed in vorherstimmbarer manner.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbei spiel wird anstelle des starren optischen Streuroh res ein flexibler Katheterschlauch verwendet, der am distalen Ende anstelle des optischen Streu domes eine expandierbare Verschlußkappe trägt, die für die benutzte Wirkstrahlung transparent ist und nicht absorbiert. In another preferred play Ausführungsbei a flexible catheter tube is used instead of the rigid optical Streuroh res, the domes on the distal end instead of the optical scattering carries an expandable closure cap which is transparent to the working radiation used and not absorbed. Dieser so abgeschlossene Katheterschlauch wird dann ebenfalls wieder wie am oben ausgeführten Beispiel des starren Streu rohres mit einer biokompatiblen Streuflüssigkeit, z. This so completed catheter tube is then also as the example set forth above the rigid tube with an scatter scatter a biocompatible liquid such. B. einer Fett/Öl-Wasser-Emulsion - wie z. As an oil / water emulsion - such. B. einer Infusionslösung - durchströmt. As an infusion solution - flows. Die Laserstrahlung wird im Inneren des Katheters über eine reguläre Lichtleitfaser geführt, wobei die Lichtleitfaser end ständig mit dem Katheterschlauch die Strahlung in die expandierbare Verschlußkappe abgibt. The laser radiation is guided in the interior of the catheter over a regular optical fiber, wherein the optical fiber is constantly emits the radiation end of the catheter tube in the expandable closure cap. Dabei besitzt die Verschlußkappe ein Füllvolumen von typischerweise 0,5 bis 2 cm 3 je nach Ausführungsart und weist im entfalteten Zustand eine Länge von typischerweise 5-20 mm auf, die sich ebenfalls am beabsichtigten Anwendungsgebiet orientiert, und ebenso kann der Durchmesser im expandierten Zustand zwischen dem Durchmesser des Katheter schlauches und etwa 1 cm variieren. The closure cap has a fill volume of typically 0.5 to 2 cm 3 depending on the design and in the deployed state has a length of typically 5-20 mm, which also is based on the intended application area, and also the diameter in the expanded condition can be between vary the diameter of the catheter tube and about 1 cm. Die Ver schlußkappe selber ist dabei aus einem formtreuen, nur bedingt elastischen Kunststoffmaterial gefertigt, um im expandierten Zustand eine radialsymmetrische Konfiguration anzunehmen. The Ver closure cap itself is made of a shape-persistent, only partly elastic plastic material, in order to accept a radially symmetric configuration in the expanded state. Der Expansionszustand der Verschlußkappe wird über eine Drucksteuerung an der Einlaßseite der Kühl- und Streuflüssigkeit geregelt. The expanded state of the closure cap is controlled by a pressure controller at the inlet side of the cooling and scattering fluid. Bei zusätzlicher Verwendung eines Kühlthermostaten im Zuflußkreislauf der Streuflüssigkeit kann über einen Temperatursensor im Zu- und Ablauf auch eine zusätzliche Kühlwirkung an der Wandung der Verschlußkappe zum Gewebe erreicht werden, wodurch eine zusätzliche Schonung der randständigen Gewebeschichten bei der Bestrahlung erreicht wird. With the additional use of a cooling thermostat in Zuflußkreislauf of the scattering liquid, an additional cooling effect can be achieved on the wall of the cap to the tissue via a temperature sensor in the inlet and outlet, whereby an additional protection of the marginal tissue layers is achieved upon irradiation. Bei der Anwendung dieses Kathetersystems im Gewebe kann die Beaufschlagung mit einem Kompressionsdruck die Lichtausbreitung im Gewebe deutlich verbessern. In applying this catheter system in the tissue, the admission can with a compression pressure significantly improve the light propagation in tissue. Bei Anwendung eines derartigen Systems in stärker durchbluteten Körperarealen wie dem Gefäßsystem oder parenchymatösen Organen hat sich gezeigt, daß Oberflächenkühlung der expandierten Verschlußkappe durch Vorkühlung des Streumediums ein gelegentliches Anhaften von Gewebekompartimenten an der entfaltbaren Kunststoffmembran der Verschlußkappe nicht sicher verhindern kann. In application of such a system in more perfused areas of the body such as the vascular system or parenchymatous organs has been found that surface cooling of the expanded closure cap can not safely be prevented by pre-cooling of the scattering medium, a random adhesion of tissue compartments at the deployable plastic diaphragm of the closure cap. Dieses Problem wird erfin dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran der Verschlußkappe in Abstrahlrichtung mehrere prä formierte Poren erhält, durch die ein Teil der Per fusionsflüssigkeit austreten kann und so immer einen Flüssigkeitsfilm zwischen Kunststoffmembran und Gewebe aufrechterhält. This problem is solved in accordance OF INVENTION dung that the diaphragm of the closure cap receives a plurality of pre-formed pores in the radiation can exit a portion of the per fusion liquid the thus always maintaining a fluid film between the plastic membrane and tissue. Es ist daher notwen dig, wie eingangs erwähnt, biokompatible Streuflüs sigkeiten, wie z. It is therefore notwen dig, as mentioned above, biocompatible Streuflüs fluids such. B. einer Fett/Öl-Wasser-Emulsion- Infusionslösung, zu verwenden. to use as a fat / oil-water emulsion- infusion solution.

Die Erfindung wird im einzelnen anhand der Abb. 1 bis 3 erläutert. The invention is explained in detail with reference to Fig. 1 to 3. Dabei zeigt die Abb. 1 einen starren Optikschaft ( 1 ), wie er zur Einfüh rung in den Arbeitskanal von Endoskopen verwen det werden kann. The Fig. 1 shows a rigid optics shank (1), as he is called upon to USAGE troduction into the working channel endoscopes can be det. Der Optikschaft ( 1 ) trägt am distalen Ende einen lichtdurchlässigen Streulicht dom ( 5 ), in den der Lichtwellenleiter ( 2 ) über eine Einführungsschleuse ( 12 ) geführt ist. The optical shaft (1) carries at the distal end a light-transmitting stray light dom (5), in which the optical waveguide (2) via an introducer sheath (12). Im inneren des Optikschaftes kann eine Streuflüssigkeit ( 21 ), die über den Zulauf ( 3 ) eingeführt wird und in einem koaxialen Hüllrohr ( 11 ) zum Abfluß ( 4 ) rückströmend zirkulieren. Inside the optics shank a scattering liquid (21) which is introduced via the inlet (3) and in a coaxial jacket tube (11) can be circulated to the drain (4) back flowing. In verschiedenen Aus führungsvarianten kann dabei der Streulichtdom ( 5 ) zylindrisch gerundet oder kegelig ( 51 ) bzw. mit seitlicher Abstrahlung ( 52 ) versehen sein. Can design variants in various From here the Streulichtdom (5) is cylindrical or conical rounded (51) or with lateral radiation (52) may be provided. Bei seit licher Abstrahlung ist ein Spiegelelement ( 53 ) zur gerichteten Reflexion der Wirkstrahlung vorgese hen. In Licher radiation since a mirror element (53) for specular reflection of the active radiation is hen vorgese. Abb. 2 zeigt die Vorrichtung zur Umwälzung der kühlenden Streulichtflüssigkeit, die in einem Ultraschallmischer und Reservoir ( 33 ) homogeni siert wird, sodann über einen Thermostat ( 32 ), der über einen Temperaturfühler in der Rücklauflei tung ( 34 ) geregelt wird einer Pumpe ( 31 ) zugeführt. Fig. 2 shows the device for circulating the cooling scattered light liquid which is homogenization Siert in an ultrasonic mixer and reservoir (33), then by a thermostat (32), the processing of a temperature sensor in the Rücklauflei (34) is regulated to a pump (31 ) supplied. Der Sekundärdruck der Pumpe wird über einen Druckwächter ( 35 ) in der Zulaufleitung ( 3 ) gere gelt. In der Abb. 3 ist die bevorzugte Ausführungs form in Form eines flexiblen Optikschaftes (Streulichtkatheter) gezeigt. The secondary pressure of the pump is via a pressure switch (35) in the supply line (3) Gere gel. In Fig. 3, the preferred execution (scattered light catheter) is shape shown in the form of a flexible optics shank. Dabei stellt ( 6 ) den flexiblen Katheterschlauch dar, der am distalen Ende mit einer optisch transparenten, bedingt elastischen formstabilen Membran ( 7 ) abgeschlos sen ist, in der präformierte Poren ( 71 ) eingebracht sind. It turns (6) represents the flexible catheter tube, which at the distal end with an optically transparent, dimensionally stable due to the elastic membrane (7) is abgeschlos sen, in the preformed pores (71) are introduced. Der Lichtwellenleiter ( 2 ) ist wiederum über eine Schleuse ( 12 ) in den Optikschaft eingeführt. The optical waveguide (2) is again introduced via a lock (12) in the optics shank. Die kühlende Streuflüssigkeit ( 21 ) wird über einen Zulauf ( 3 ) in den mindestens zweilumigen Katheter eingebracht und strömt über den Ablauf ( 4 ) den Versorgungsgeräten zu. The cooling scattering fluid (21) is introduced via an inlet (3) in the at least two-lumen catheter and flows via the outlet (4) to the power supply units. Die Versorgungsgeräte sind in der Abb. 3b im einzelnen dargestellt. The supply units are in Fig. 3b shown in detail. Dabei wird der Ablauf ( 4 ) zunächst einem Reservoir ( 36 ) zugeführt, von dort über ein Thermostat ( 32 ), der über einen Temperaturfühler ( 34 ) in der Rück laufleitung gesteuert wird einer Druckpumpe ( 31 ) zugeführt, die ihrerseits über einen Druckwächter ( 35 ) im Zufluß ( 3 ) gesteuert wird. In this case, the flow (4) is first a reservoir (36) supplied to line from there via a thermostat (32) a temperature sensor (34) in the rear of a pressure pump (31) is controlled fed, which in turn (via a pressure switch 35) is controlled in the influent (3).

Die intrakorporale Benutzung eines erfindungs gemäßen starren oder flexiblen Optikschaftes kann entweder wiederum über den eingangs erwähnten Arbeitsschaft eines Endoskopes erfolgen bzw. bei nichtendoskopischem Vorgehen mit dem flexiblen Katheter mittels eines Trokars oder einer üblichen Schleuse, wobei bei Anwendungen im solid Gewebe zunächst der Weg zum Applikationsort mit einem Mandrin aufbougiert werden muß; The intracorporeal use of a fiction, modern rigid or flexible optical shaft can either in turn be carried through the above-mentioned working shaft of an endoscope or at nichtendoskopischem Procedure with the flexible catheter by means of a trocar or of a conventional lock, wherein, in applications in solid tissue first with the route to the site of application must be aufbougiert a stylet; sodann wird anstelle des Mandrins der Lichtstreukatheter eingeführt und anschließend das Einführungs besteck so weit zurückgezogen, daß es nicht mehr im Wirkbereich der Strahlung liegt. then the light scattering catheter is inserted in place of the stylet, and then the insertion cutlery retracted so far that it is no longer in the effective range of the radiation.

Claims (15)

1. Optischer Arbeitsschaft für ein starres Endo skop dadurch gekennzeichnet, daß optische Strahlung höherer Leistung, z. 1. An optical working shaft for a rigid Endo microscope characterized in that optical radiation of higher performance, such. B. eines Lasers durch diesen Arbeitsschaft am distalen Ende in vorherbestimmbare Raum segmente isotrop abgestrahlt werden können. B. a laser by this working shaft at the distal end in predeterminable space segments can be isotropic radiated.
2. Optischer Arbeitsschaft nach 1 dadurch gekennzeichnet, daß am distalen Ende ein für die Wirkstrahlung transparenter optischer Dom angebracht ist. 2. An optical working shaft in accordance 1 characterized in that at the distal end a is indicated for the active radiation transparent optical dome.
3. Optischer Arbeitsschaft nach 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß als Material für den optischen Dom ein opali sierendes Mineral oder Glas verwendet wird. 3. An optical working shaft characterized by 1 and 2, that is a opali sierendes mineral or glass used as a material for the optical dome.
4. Optischer Arbeitsschaft nach 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Form des optischen Doms der gewünsch ten Abstrahlcharakteristik angepaßt ist. 4. An optical working shaft after 1 and 2 characterized in that the shape of the optical dome of the gewünsch th emission characteristic is adjusted.
5. Optischer Arbeitsschaft nach 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Streudoms Spiegelsegmente artikulierbar angebracht sind, so daß zusätz lich die Abstrahlcharakteristik aktiv verändert werden kann. 5. An optical working shaft in accordance 1 to 4 characterized in that the mirror segments are mounted to articulate on the inside of the scattering Doms, so that radiation is, additionally, can be actively changed.
6. Optischer Arbeitsschaft nach 1 dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem lichtstreuenden optischen Dom im Inneren eine Kühlflüssigkeit umge wälzt wird, die ihrerseits als Phasenstreuer wirkt. 6. An optical working shaft according to 1, characterized in that in addition to the light-scattering optical dome in the interior of a cooling liquid is circulated vice, which in turn acts as a phase scatterer.
7. Optischer Arbeitsschaft nach 1 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium und optisch streuende Flüs sigkeit eine Emulsion aus Silikonöl und Was ser verwendet wird. 7. An optical working shaft after 1 and 6 characterized in that as cooling medium and optically scattering flues sigkeit an emulsion of silicone oil and what is used ser.
8. Optischer Arbeitsschaft nach 1 und 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion aus Wasser und Öl mit einem Ultraschallschwinger gemischt wird. 8. An optical working shaft after 1 and 7, characterized in that the emulsion of water and oil is mixed with an ultrasonic vibrator.
9. Optischer Arbeitsschaft nach 1, 6, 7 und 8 dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung der ultraschallerzeugten Emulsion eine Detergenz verwendet wird. 9. An optical working shaft after 1, 6, 7 and 8 characterized in that for stabilizing the emulsion ultrasonically generated a detergent is used.
10. Flexibler Lichtstreukatheter als Führungs schaft für einen optischen Lichtwellenleiter zur Übertragung von Wirkstrahlung im Wel lenlängenbereich von 400-1400 nm dadurch gekennzeichnet, daß der Katheter am distalen Ende mit einer optisch transparenten expandierbaren Ver schlußkappe versehen ist. 10. Flexible catheter as light scattering guide shaft wavelength region for an optical fiber for transmitting radiation in the active Wel of 400-1400 nm characterized in that the catheter at the distal end is provided closure cap with an optically transparent expandable Ver.
11. Optischer Arbeitsschaft (Katheter) nach 1, 7 und 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der optisch streuenden Kühl flüssigkeit geregelt wird. 11. An optical working shaft (catheter) after 1, 7 and 10 characterized in that the temperature of the cooling is controlled optically scattering fluid.
12. Optischer Arbeitsschaft nach 10 und 11 dadurch gekennzeichnet, daß eine Drucksteuerung zur kontrollierten Expansion der Verschlußkappe vorgesehen ist. 12. An optical working shaft after 10 and 11 characterized in that a pressure control is provided for the controlled expansion of the closure cap.
13. Optischer Arbeitsschaft nach 10, 11 und 12 dadurch gekennzeichnet, daß Material für die Verschlußkappe eine form stabile, bedingt elastische Kunststoffmembran verwendet wird. 13. An optical working shaft after 10, 11 and 12 characterized in that material is used for the cap, a dimensionally stable, due to elastic plastic diaphragm.
14. Optischer Arbeitsschaft nach 10 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffmembran der Verschlußkappe preformierte Poren zum Flüssigkeitsaustritt enthält. 14. An optical working shaft in accordance 10 to 13 characterized in that the plastic diaphragm of the closure cap containing preformierte pores for liquid discharge.
15. Optischer Arbeitsschaft nach 10 bis 14 dadurch gekennzeichnet, daß als biokompatible Streuflüssigkeit eine Fett/Öl-Wasser-Emulsion-Infusionslösung verwendet wird. 15. An optical working shaft 10 to 14 characterized in that a fat / oil-water-emulsion infusion solution is used as biocompatible scattering fluid.
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