DE4240182C2 - Vorrichtung zum kontrollierten Abtragen von biologischem Gewebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum kontrollierten Abtragen von biologischem Gewebe, mit einem Lasersystem und einer Lichtleit-Einrichtung, die wenigstens zu einem Bündel zusammengefaßte Lichtleitfasern aufweist, in die Laserlicht einkoppelbar ist und die das Licht an die Stelle leiten, an der Material abgetragen werden soll.

Derartige Vorrichtungen sind aus der Mikrochirurgie bekannt. Beispielsweise werden zur Behandlung von verengenden Ablagerungen in Gefäßen im menschlichen Körper, sogenannte Stenosen, Lasersysteme verwendet, die aufgrund ihrer hohen Lichtleistung Gewebe in kurzer Zeit verdampfen und damit abtragen. Derartige Abtragungsprozesse werden auch als Photoablation bezeichnet und finden in der Angioplastie, der Ophtalmologie und Orthopädie, um nur einige Beispiele zu nennen, entsprechende Anwendung. Die Grundmotivation dieser Operationstechnik liegt in der möglichst schonenden Weise, d. h. ohne größeren chirurgischen Eingriff, Gewebematerial abzutragen.

Eine Vorrichtung zum kontrollierten Abtragen von biolo­ gischem Gewebe mit einem Lasersystem ist aus der US 4 993 412 bekannt. Diese Vorrichtung weist einen Katheter bzw. eine Katheter-Einheit auf, der zu einem Bündel zusam­ mengefaßte Laser-Lichtleitfasern hat, deren distales Ende eine von der Rotationssymmetrie abweichende Außenform haben.

Irgendwelche Vorkehrungen, daß mit der Vorrichtung nur Gewebestellen abgetragen werden, die auch abgetragen werden sollen, sind dieser Druckschrift nicht entnehmbar.

Bei bekannten Vorrichtungen werden zumeist gepulste Lasersysteme verwendet, deren Licht in eine mit Lichtleitfasern versehene Kathetereinheit eingespeist wird, das am distalen Ende entsprechend austritt und Gewebe­ material, das dem gesamten Austrittsbereich der Licht­ leitfasern am distalen Ende der Kathetereinheit gegenüberliegt, bestrahlt.

In der Regel handelt es sich bei derartigen Lichtleit- Einrichtungen um Ringkathetereinheiten, die zumeist eine axial verlaufende, konzentrische Ausnehmung im Katheterinneren aufweisen, durch die ein Führungsdraht zur Ausrichtung des Katheters im Körper inneren eingebracht werden kann. Das Einführen des Katheters in den menschlichen Körper wird in an sich bekannter Weise mit einem Rönt­ gengerät kontrolliert, das es dem Operateur ermöglicht, den Einbringvorgang des Katheters in den menschlichen Körper an einem entsprechendem Sichtgerät zu beobachten. Ist die Katheterspitze an die zu behandelnde Gewebestelle ausgerichtet, so ist es für den Operateur aufgrund des nur zweidimensionalen Eindrucks, den er vom Röntgensichtgerät gewinnt, jedoch sehr schwierig zu beurteilen, ob der gesamte Bereich der Lichtaustritts­ fläche des distalen Endes des Katheters dem abzutragen­ den Gewebematerial direkt gegenüberliegt oder nicht.

Dies beurteilen zu können ist zur Vermeidung unnötiger Bestrahlung gesunder Gewebestellen sehr wichtig.

Vor allem im Bereich der koronaren Laserangioplastie kommt es häufig zu derartigen Problemsituationen:

Stenosen, die mit einem Laserkatheter behandelt werden sollen, liegen häufig nicht konzentrisch innerhalb des Gefäßes, sondern sind in verschieden starkem Maße asymmetrisch zur Gefäßachse angeordnet. Bei einem Ein­ satz eines Laserkatheters besteht nun die Gefahr, daß gerade bei größer dimensionierten Durchmessern des Katheters, neben dem Stenosenmaterial auch Teile der Gefäßwand abgetragen werden. Dies kann zu Ablösungen von Teilen der Gefäßwand (Dissektionen) oder sogar zur Perforation des Gefäßes führen. Herkömmliche Katheter, insbesondere Ringkatheter, werden deshalb entweder nur bei konzentrischen Stenosen eingesetzt, oder der Durch­ messer der Katheters wird so klein gewählt, daß ein Wandkontakt vermieden wird.

Der Anteil der konzentrischen Stenosen liegt nur bei etwa 20% der gesamten Patientenpopulation.

Die Indikationen für eine unproblematische Anwendung von herkömmlichen Kathetern liegen daher sehr selten vor.

Beim Einsatz eines auf den Durchmesser des Gefäßes bezogenen kleinen Katheterdurchmessers, bleibt jedoch häufig eine hohe Reststenose nach der Behandlung zurück, so daß mit einem Ballon das Gefäß nachdilatiert und entsprechend nachbehandelt werden muß. Aus einer Reihe von Studien ist aber bekannt, daß diese Methode nur schlechte Langzeiterfolge erzielt.

Aus diesem Grunde wurden Versuche unternommen Systeme zu entwickeln, mittels derer Informationen gewonnen werden können, ob der ablatierende Lichtstrahl gesundes oder krankes Gewebe trifft. Beispielsweise sind Lösungen bekannt, die vor jedem neuen Laserimpuls das in das distale Ende des Katheters zurückgestreute Licht des zuletzt emittierten Lichtimpulses auf die abzutra­ gende Gewebestelle analysieren und in Abhängigkeit davon die Strahlungsleistung des nächstfolgenden Impulses regeln. Diese Technik setzt jedoch einen sehr großen Aufwand an Sensorik und Steuerelektronik voraus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zum kontrollierten Abtragen von biologischem Gewebe mit einem Lasersystem, einer Lichtleit-Einrichtung und einer Untersuchungseinheit, beispielsweise einer Röntgenanlage derart weiterzubilden, so daß während der Photoablation nur die Gewebestellen mit Laserlicht beaufschlagt werden, die abgetragen oder behandelt werden sollen. Der technische Aufwand sollte dabei möglichst gering gehalten werden, wobei auf die ohnehin vorhandenen Geräte in Kliniken und bei Ärzten zurückgegriffen werden sollte.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum kontrollierten Abtragen von biologischem Gewebe weist folgende Komponenten auf:

Ein Lasersystem, eine Lichtleit-Einrichtung, die wenigstens zu einem Bündel zusammengefaßte Lichtleit­ fasern aufweist, in die Laserlicht einkoppelbar ist und die das Licht an die Stelle leiten, an der Material abgetragen werden soll, und deren distales Ende eine von der Rotationssymmetrie abweichende Außenform annimmt, eine, die Relativlage zwischen dem distalen Ende der Lichtleit-Einrichtung und der abzutragenden Gewebestelle feststellbaren Untersuchungseinheit, die getrennt vom Lasersystem und von der Lichtleit-Einrich­ tung angeordnet ist, und eine Auswerte- und Steuer­ einheit, die in Abhängigkeit der erfaßten Relativlage eine Abtasteinrichtung zur Lichteinkopplung in die Lichtleit-Einrichtung derart ansteuert, daß nur diskrete Lichteinkoppelbereiche der Lichtleit- Einrichtung mit Laserlicht beaufschlagbar sind, deren am distalen Ende der Lichtleit-Einrichtung zugeordneten Lichtaustrittsbereiche den abzutragenden Gewebestellen direkt gegenüberliegen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Idee ist nur diejenigen Lichteinkoppelbereiche des Katheters mit Laserlicht zu bestrahlen, die in Berührung mit dem Stenosenmaterial sind oder denen Stenosenmaterial gegenüberliegt. Bereiche, deren Laserlicht nur Blut, Arterienwand oder ähnliches bestrahlen, werden von einer eigens hierfür vorgesehenen Steuereinheit selektiv ausgeschaltet.

Damit die räumliche Relativlage zwischen der Katheter­ spitze und der Stenose eindeutig festgestellt werden kann, muß zum einen die Spitze des Katheters eine Außenform aufweisen, deren seitliche Projektion - dies entspricht beispielweise dem Abbild einer Röntgenauf­ nahme - charakteristisch für die Lage um dessen Längs­ achse ist. Ferner muß es möglich sein, daß das Unter­ suchungsgerät räumlich um die zu behandelnde Gewebestelle nebst eingebrachten Katheters zumindest teilweise schwenkbar ist, damit zum einen die räumliche Ausdeh­ nung der Stenose und zum anderen die Orientierung der Katheterspitze feststellbar ist. Hierfür sind C-Bogen- Röntgenanlagen geeignet oder Ultraschallwellenunter­ suchungssysteme, die eine räumliche Durchleuchtung der zu untersuchenden Stelle ermöglichen. Ebenso bieten sich hierzu kernspintomographische Systeme an.

Erfindungswesentlich ist ebenso, daß der lichtleitende Katheter in diskrete Lichtleiterbereiche unterteilt ist, deren innere Anordnung in fester Beziehung zur äußeren Form des Katheters stehen und deren gegenseiti­ ge Anordnung über die gesamte Katheterlänge erhalten bleibt, so daß die Bestrahlung eines konkreten Lichtlei­ terbereichs am proximalen Ende des Katheters einen zur räumlichen Lage der Katheterspitze fest zuordnenbaren Lichtkegel erzeugt.

Mithilfe der Untersuchungseinheit wird zunächst der Winkel zwischen der Ebene der maximalen Exzentrizität der Stenose - d. h. es wird die Lage der Stenose nach Maßgabe ihrer maximalen Ausdehnung von der Gefäßwand in Richtung des Gefäßinneren normiert - und einer vorgege­ benen Markierung auf der Katheterspitze ermittelt. Anschließend werden unter Ermittlung dieses Winkels mittels der Auswerte- und Steuerelektronik die Katheterbereiche von der Lichteinkopplung ausgenommen, die nicht mit Laserlicht beaufschlagt werden sollen.

Die gezielte Ausnahme von diskreten Lichteintrittsbe­ reichen der einzelnen Lichtleitfasern innerhalb des Katheters wird vorzugsweise mit einer Vorrichtung durchgeführt, die aus der DE 41 08 146 A1 hervorgeht.

Natürlich sind neben den vielseitigen Anwendungen am Menschen ebenso Anwendungen im Veterinär- oder Pflan­ zenbereich vorstellbar.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exempla­ risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1a, 1b schematische Darstellung der Katheterspitze und Stenose aus zwei unterschiedlichen Blickrichtungen und

Fig. 2 schematischen Querschnitt durch eine Katheterspitze und eines stenösen Gefäßkanals.

In Fig. 1a ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Gefäßkanalwand dargestellt, an deren Innenseite eine Stenose 2 angelagert ist. Der Katheter 3 weist an seiner distalen Spitze eine Abschrägung 4 auf, deren eine Hälfte mit der Stenose 2 abgedeckt ist.

Fig. 1b zeigt die gleiche schematisierte Anordnung wie in Fig. 1b nur aus der Draufsichtperspektive, d. h. um 90° gedreht, die man typischerweise mittels einer Röntgenaufnahme erhält. Hierbei ist ferner der Durchführungskanal 5 zu erkennen sowie die einzelnen radial angeordneten Lichtaustrittsbereiche, von denen, stellvertretend für alle anderen, der mit der Bezugs­ ziffer 6 versehene schraffiert hervorgehoben ist.

Werden typischerweise zwei Röntgenaufnahmen erstellt, aus zwei Positionen, die bspw. jeweils einen 90° Winkel einschließen, so kann eindeutig die Lage des Katheters relativ zur Stenose festgestellt werden. Bei den her­ kömmlichen zylindrischen Katheterspitzen ist dies nicht möglich.

Aus Fig. 2 geht eine Querschnittsanordnung durch den den Katheter 3 und der Gefäßleitung 1 nebst Stenose 2 hervor. Die Stenose 2 ist relativ zur stilisiert, kreisförmig dargestellten Gefäßwand 1 exzentrisch ange­ ordnet, so daß bei einem im Querschnitt kreisrunden Katheter 3 nicht alle Lichtaustrittsbereiche, (hier a, b und c) mit dem Stenosenmaterial in Berührung stehen. Um feststellen zu können, welche lichtleitenden Teilbe­ reiche des Katheters mit Licht beaufschlagt werden (in Fig. 2 sind dies die Sektoren d, g bis f (von der Stenose verdeckt) und h), muß die räumliche Zuordnung zwischen Katheter 3 und Stenose 2 erfaßt werden. Hierzu wird mit Hilfe einer externen Untersuchungseinheit, die im Bild nicht dargestellt ist, um das Gefäß 1 eine fiktive Winkelskala (in der Figur von -90° bis +90°) projiziert, deren Orientierung sich nach der maximalen Exzentrizität der Stenose (siehe 0°-Position) richtet. Relativ zu dieser Winkelskalierung ist die Lage des Katheters durch eine, an der Katheterspitze angebrachte Markierung und/oder durch eine typische Formgebung, beispielsweise durch Abflachung der Katheterspitze, feststellbar. Eine eindeutige Zuordnung der mit Stenosenmaterial behafteten Lichtaustrittsbereiche ist somit möglich.

Als Vorteile dieser Vorrichtung sind folgende Punkte zu nennen:

• - Die Gefahr einer Perforation der Arterienwand wird eliminiert.
• - Die Belastung der Arterie durch die Einwirkung der Laserpulse auf Gewebe kann durch die Selektion der Katheterbereiche vermindert werden.
• - Da weniger als die maximal möglichen Katheterbereiche bestrahlt werden, kann die Kathetervorschubgeschwin­ digkeit erhöht werden.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum kontrollierten Abtragen von biologischem Gewebe mit
einem Lasersystem,
einer Lichtleit-Einrichtung, die wenigstens zu einem Bündel zusammengefaßte Lichtleitfasern aufweist, in die Laserlicht einkoppelbar ist und die das Licht an die Stelle leiten, an der Material abgetragen werden soll,
und deren distales Ende eine von der Rotationssymmetrie abweichende Außenform aufweist,
einer, die Relativlage zwischen dem distalen Ende der Lichtleit-Einrichtung und der abzutragenden Gewebestelle feststellbaren Untersuchungseinheit, die getrennt vom Lasersystem und von der Lichtleit-Einrichtung an­ geordnet ist, und
einer Auswerte- und Steuereinheit, die in Abhängigkeit der erfaßten Relativlage eine Abtasteinrichtung zur Lichteinkopplung in die Lichtleit-Einrichtung derart ansteuert, daß nur diskrete Licht­ einkoppelbereiche der Lichtleit-Einrichtung mit Laser­ licht beaufschlagbar sind, deren am distalen Ende der Lichtleit-Einrichtung zugeordneten Lichtaustritts­ bereiche den abzutragenden Gewebestellen direkt gegen­ überliegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleit-Einrichtung eine Ringkathetereinheit ist, durch dessen Ausnehmung ein Führungsdraht einführbar ist und in dessen ringförmigen Bereich Lichtleitfasern koaxial zur Ringkathetereinheit an­ geordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Ausnehmung der Ringkathetereinheit nicht konzentrisch ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die diskreten Lichtein­ koppelbereiche in einer Querschnittsebene durch das proximale Ende der Lichtleit-Einrichtung liegen und aus radialen Sektoren bestehen, deren gegenseitige An­ ordnung am proximalen und am distalen Ende der Licht­ leit-Einrichtung identisch ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Lichteinkoppel­ bereiche mit Licht beaufschlagbar sind, deren zugeord­ neten, distalen Lichtaustrittsbereiche ganz oder teil­ weise mit dem abzutragenden Gewebe in Kontakt stehen oder diesem gegenüberliegen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersuchungseinheit eine C-Bogen-Röntgenanlage ist, die räumlich um die zu untersuchende Gewebestelle führbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersuchungseinheit ein Ultraschallwellensystem ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung op­ tische Elemente aufweist und den Laserstrahl gezielt auf die, durch die Auswerte- und Steuereinheit vorge­ gebenen, diskreten Lichteinkoppelbereiche orientiert.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasersystem ein gepulstes System ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das distale Ende der Licht­ leit-Einrichtung, eine von der Untersuchungseinheit erkennbare Markierung aufweist.