DE4429192A1

DE4429192A1 - Faserapplikator

Info

Publication number: DE4429192A1
Application number: DE4429192A
Authority: DE
Inventors: Christof Dipl Ing Donitzky; Maximilian Dipl Ing Reindl; Joern Dipl Ing Sander; Klaus Dipl Phys Dr Rer Vogler
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 1994-08-18
Filing date: 1994-08-18
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2014-08-19
Also published as: DE4429192C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Faserapplikator mit einer op tischen Faser und einer diese umgebenden, einseitig ver schlossenen Kapillare aus einem strahlungsdurchlässigen Material.

Zur Applikation von Laserstrahlung im Infrarotbereich sind Faserapplikatoren bekannt, die eine Quarzfaser mit einer Quarzkapillare umgeben und durch das Zusammenwirken einer geneigten Stirnfläche der Quarzfaser einerseits und eines zwischen Quarzfaser und Kapillarenende eingeschlossenen Luftvolumens andererseits eine seitliche Ablenkung der aus der Quarzfaser austretenden Strahlung ermöglichen (US 5,129,895). Diese Faserapplikatoren sind nur in Wellen längenbereichen bis allenfalls 2,5 µm einsetzbar, da Quarz für längerwellige Strahlung nicht ausreichend durchlässig ist. Außerdem ist es mit derartigen Faserapplikatoren nicht möglich, die durch die Faser herangeführte Strahlung in Richtung des Faserapplikators abzugeben. Schließlich sind bekannte Faserapplikatoren dieser Bauart für Eingriffe im Auge gedacht und daher werden sie entsprechend kurz ausge bildet. Es fehlt ihnen insgesamt an der notwendigen mecha nischen Stabilität, um Eingriffe in Körperbereichen vorzu nehmen, die von der Körperoberfläche weiter entfernt sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Faser applikator so auszubilden, daß er für den Einsatz mit län gerwelliger Infrarotstrahlung auch in Bereichen des Körpers geeignet ist, die von der Oberfläche weiter entfernt sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Faserapplikator der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die optische Faser aus einem Material besteht, das für Strah lung mit einer Wellenlänge < 2,5 µm durchlässig ist, daß die Faser eine quer zu ihrer Längsrichtung verlaufende Aus trittsfläche für die Strahlung aufweist und daß die Kapil lare über ihre gesamte Länge allseits von einem enganlie genden Metallröhrchen umgeben ist, das sich bis an die ver schlossene Stirnseite der Kapillare erstreckt.

Es ist auf diese Art und Weise möglich, ohne Zwischenschal tung komplizierter optischer Mittel Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge < 2,5 µm, also beispielsweise die Strah lung eines Er : YAG-Lasers mit einer Wellenlänge von 2,94 µm, auch an entfernte Körperbereiche heranzuführen. Die Verwen dung eines die Kapillare allseits umgebenden Metallröhr chens verleiht dem Faserapplikator eine so hohe Stabilität, daß insbesondere ein endoskopischer Einsatz möglich ist, also die Einführung des Faserapplikators durch sehr kleine Körperöffnungen entweder direkt in tieferliegende Körperbe reiche oder durch eine Trokarhülse hindurch, durch die ge gebenenfalls auch noch andere chirurgische Instrumente in den Körper eingeführt werden können.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Faserapplikator eine Länge zwischen 10 und 30 cm aufweist. Dies ist nur aufgrund der speziellen Konstruktion möglich, da nur dadurch die notwendige mechanische Stabilität erreicht wird, um die Ka pillare einerseits und die darin aufgenommene Faser ande rerseits gegen Beschädigung zu schützen.

Es wird dadurch möglich, Faserapplikatoren herzustellen, deren Außendurchmesser zwischen 1 und 3 mm liegt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die Kapillare in dem Metallröhrchen längsverschieblich gelagert ist.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die Kapillare in dem Metallröhrchen mittels eines auflösbaren Klebstoffes gehal ten, so daß zu Reinigungszwecken und zum Auswechseln Kapil lare und Metallröhrchen wieder getrennt werden können, ob wohl sie während des Einsatzes dauerhaft miteinander ver bunden sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die optische Faser aus ZrF₄ besteht. Dieses Material ist für Wellenlängen < 2,5 µm in der gewünschten Weise durchsichtig, und die Aufnahme dieser Faser in der allseits geschlossenen Kapillare stellt sicher, daß dieses Material mit dem Körper an keiner Stelle in Kontakt gerät. Dies ist wesentlich, da das verwandte Ma terial sehr hygroskopisch ist und eine toxische Wirkung vermutet wird.

Anstelle der ZrF₄-Faser könnten auch sogenannte Chalcoge nid-Fasern (zum Beispiel As₂Se₃, Ge₂Te₂As₃Se₃) oder Chalco halogenid-Fasern (zum Beispiel As₄₀Se₅₀Br₁₀ oder TeSeAsl) oder Silberhalogenid-Fasern (zum Beispiel AgCl : AgBr) ver wendet werden.

Die Kapillare kann vorzugsweise aus Quarz oder aus Glas be stehen.

Es ist besonders günstig, wenn gemäß einer bevorzugten Aus führungsform die Stirnfläche der Kapillare als Strahlform fläche ausgebildet ist. Aufgrund der quer zur Längsrichtung angeordneten Austrittsfläche der Faser fällt die aus der Faser austretende Strahlung somit direkt auf die Stirnflä che der Kapillare, und diese kann eingesetzt werden, um die Strahlung in der gewünschten Weise auszugestalten.

Bei einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Stirnfläche planparallel poliert ist, sie läßt damit die aus der Stirnfläche der Faser austretende Strahlung im we sentlichen unverändert hindurchtreten. Es ist dabei vor teilhaft, wenn das Metallröhrchen mit der Stirnfläche der Kapillare abschließt, so daß die Kapillare im Inneren des Metallröhrchens maximal geschützt ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die Stirnfläche nach außen gewölbt ist. Dies führt zu einer merklichen Verringerung der Austrittsdivergenz der aus der Kapillare austretenden Strahlung. Günstig ist es dabei, wenn die nach außen gewölbte Stirnfläche über das Ende des Metallröhrchens vorsteht. Das Metallröhrchen um gibt also die Kapillare in ihrem zylindrischen Teil voll ständig, lediglich der gewölbte Teil befindet sich außer halb des Metallröhrchens, so daß keine toten Winkel im In neren des Metallröhrchens zwischen der gewölbten Kapilla renstirnfläche und dem Metallröhrchen entstehen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgese hen, daß zum stirnseitigen Abschluß der Kapillare eine Quarz- oder Saphirkugel auf die offene Kapillare aufgesetzt ist, beispielsweise durch Aufschmelzen. Diese aufgesetzte Kugel wirkt als Mikrolinse und führt zu einer Fokussierung der abgegebenen Strahlung.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Faser applikators ist vorgesehen, daß die offene Kapillare mit tels eines Einsatzes verschlossen ist, der einen gegenüber der Längsachse der Kapillare geneigten dielektrischen Spie gel trägt, und daß das Metallröhrchen den seitlichen Wand bereich der Kapillare freiläßt, durch den die an dem Spie gel reflektierte Strahlung austritt. Mit einem derartigen Faserapplikator ist es möglich, Strahlung seitlich austre ten zu lassen, und zwar je nach Anordnung des dielektri schen Spiegels unter einem gewünschten Austrittswinkel.

Es ist vorteilhaft, wenn sich an das strahlungsquellensei tige Ende des Metallröhrchens ein die optische Faser umhül lender, flexibler Mantel anschließt. Dadurch wird es mög lich, daß in diesem Bereich die gesamte Strahlungsleitvor richtung flexibel ist, so daß der Faserapplikator insgesamt beispielsweise in ein flexibles Endoskop eingesetzt werden kann. Bei einer solchen Ausgestaltung kann das Metallröhr chen auch kürzer ausgebildet sein, beispielsweise kann es eine Länge von nur einigen Zentimetern aufweisen.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1: den vorderen Teil eines in Längsrichtung geschnittenen Faserapplikators mit plan paralleler Stirnfläche der Kapillare;

Fig. 2: eine Ansicht ähnlich Fig. 1 mit gewölb ter Stirnfläche der Kapillare;

Fig. 3: eine Ansicht ähnlich Fig. 1 mit einer durch eine Kugel abgeschlossenen Kapilla re und

Fig. 4: eine Ansicht ähnlich Fig. 1 mit einer durch einen spiegelnden Einsatz abge schlossenen Kapillare.

Der in der Zeichnung dargestellte Faserapplikator 1 umfaßt eine Lichtleitfaser 2, die enganliegend von einer Kapillare 3 umgeben wird. Diese wiederum ist in ein Metallröhrchen 4 derart eingesetzt, daß dieses die Kapillare 3 über deren gesamte Länge umgibt.

Die Lichtleitfaser 2 ist mit dem Ausgang eines Festkörper lasers 5 verbunden, beispielsweise mit einem Er : YAG-Laser, der Lichtpulse mit einer Wellenlänge von 2,94 µm abgibt. Die Lichtleitfaser besteht aus einem Material, das für eine solche Wellenlänge durchlässig ist, vorzugsweise aus ZrF₄. Es könnten auch sogenannte Chalcogenid-Fasern, Chalcohalo genid-Fasern oder Silberhalogenid-Fasern verwendet werden. Der Außendurchmesser kann beispielsweise bei 600 µm liegen, der Außendurchmesser der enganliegenden Kapillare, die aus Glas oder aus Quarz bestehen kann, liegt beispielsweise bei 950 µm.

Das die Kapillare umgebende Metallröhrchen besteht vorzugs weise aus Edelstahl, seine Länge liegt je nach Anwendung zwischen 10 und 30 cm, sein Außendurchmesser bei einer be vorzugten Ausführungsform bei 2 mm.

Die Lichtleitfaser 2 kann in der Kapillare 3 lose einge schoben sein, sie kann auch mittels eines auflösbaren Kle bers fixiert sein, so daß es möglich ist, nach Auflösung des Klebers die Lichtleitfaser 2 aus der Kapillare 3 her auszuziehen und sie beispielsweise in eine andere Kapillare einzuschieben.

In gleicher Weise kann die Kapillare 3 in dem Metallröhr chen 4 längsverschieblich gelagert sein oder mittels eines auflösbaren Klebers festgelegt sein.

Insgesamt ist es bei einer solchen Ausgestaltung ohne wei teres möglich, im Faserapplikator 1 die Kapillare auszu wechseln und den Faserapplikator mit derselben Lichtleitfa ser 2, jedoch einer anderen Kapillare weiterzuverwenden.

Die Kapillare 3 ist an ihrer Stirnseite verschlossen, auf der gegenüberliegenden Seiten schließt sie ebenfalls gegen über der Lichtleitfaser 2 dicht ab, so daß die Lichtleitfa ser 2 über ihre gesamte Länge im Inneren der Kapillare 3 luft- und wasserdicht abgeschlossen ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Kapillare 3 durch eine Stirnfläche 6 verschlossen, die planparallel ausgebildet ist und quer zur Längsrichtung der Kapillare 3 verläuft. Bei dieser Ausführungsform kann die aus der ebe nen, ebenfalls quer zur Längsrichtung angeordneten Stirn fläche 7 der Lichtleitfaser austretende Strahlung im we sentlichen unverändert durch die Stirnfläche 6 hindurchtre ten. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Me tallröhrchen 4 bis an die ebene Stirnfläche 6 heran, das heißt die Kapillare 3 ist vollständig im Inneren des Me tallröhrchens 4 angeordnet und daher optimal geschützt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2, bei dem einander entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen tragen, ist die Stirnfläche 6 nach außen gewölbt ausgebildet, der nach außen gewölbte Teil steht aus dem Metallröhrchen 4 hervor. Durch diese Ausgestaltung wird die aus der Stirnfläche 7 der Lichtleitfaser 2 austretende Strahlung zur Längsachse des Faserapplikators 1 hin gebrochen, die Divergenz wird also herabgesetzt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3, bei dem wieder gleiche Teile dieselben Bezugszeichen tragen, ist die Ka pillare 3 offen ausgebildet, es fehlt also eine die Kapil lare verschließende Stirnfläche. Statt dessen ist auf die Kapillare 3 eine Kugel 8 aus Quarz oder Saphir aufgesetzt, beispielsweise durch Aufschmelzen, so daß dadurch die Ka pillare 3 luft- und wasserdicht verschlossen wird. Diese Kugel 8 wirkt als Mikrolinse und bricht ebenfalls die aus der Stirnfläche 6 austretende Strahlung zur Achse des Fa serapplikators 1 hin. Das Metallröhrchen 4 erstreckt sich bei dieser Ausführungsform bis zum Ende der Kapillare 3, auch diese befindet sich so vollständig im Schutz des Me tallröhrchens 4, über das Metallröhrchens 4 steht lediglich ein Teil der Kugel 8 vor.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen tritt die Strahlung in Richtung der Längsachse des Faserapplika tors 1 aus diesem aus.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 wird dagegen eine seitliche Umlenkung der Strahlung dadurch erreicht, daß in die offene Kapillare 3 ein Einsatz 9 abgedichtet eingesetzt ist, dessen geneigte, zur Stirnfläche 7 der Lichtleitfaser 2 gewandte Grenzfläche 10 einen dielektrischen Spiegel 11 trägt. Dadurch wird die aus der Stirnfläche 7 austretende Strahlung an diesem Spiegel 11 reflektiert und seitlich ab gelenkt. Das Metallröhrchen 4 umgibt die Kapillare bis an deren Ende, lediglich im Austrittsbereich der seitlich ab gelenkten Strahlung weist das Metallröhrchen eine Durchbre chung 12 auf, durch die die Strahlung seitlich austreten kann.

Claims

1. Faserapplikator, insbesondere für endoskopische Zwecke, mit einer optischen Faser und einer diese umge benden, einseitig verschlossenen Kapillare aus einem strahlungsdurchlässigen Material, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser (2) aus einem Material besteht, das für Strahlung mit ei ner Wellenlänge < 2,5 µm durchlässig ist, daß die op tische Faser (2) eine quer zu ihrer Längsrichtung verlaufende Austrittsfläche (7) für die Strahlung aufweist und daß die Kapillare (3) über ihre gesamte Länge allseits von einem eng anliegenden Metallröhr chen (4) umgeben ist, das sich bis an die verschlos sene Stirnseite der Kapillare (3) erstreckt.

2. Faserapplikator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß er eine Länge zwischen 10 und 30 cm aufweist.

3. Faserapplikator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß sein Außendurchmesser zwischen 1 und 3 mm liegt.

4. Faserapplikator nach einem der voranstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (3) in dem Metallröhrchen (4) längsverschieblich gelagert ist.

5. Faserapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Kapillare (3) in dem Metallröhrchen (4) mittels eines auflösbaren Kleb stoffes gehalten ist.

6. Faserapplikator nach einem der voranstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser (2) aus ZrF₄ besteht.

7. Faserapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die optische Faser (2) aus einem Chalcogenid besteht.

8. Faserapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die optische Faser (2) aus einem Chalcohalogenid besteht.

9. Faserapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die optische Faser (2) aus einem Silberhalogenid besteht.

10. Faserapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß die Kapillare (3) an der Faser (2) eng anliegt.

11. Faserapplikator nach einem der voranstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (3) aus Quarz besteht.

12. Faserapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (3) aus Glas besteht.

13. Faserapplikator nach einem der voranstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (6) der Kapillare (3) als Strahlformfläche ausgebildet ist.

14. Faserapplikator nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stirnfläche (6) planparallel po liert ist.

15. Faserapplikator nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß das Metallröhrchen (4) mit der Stirn fläche (6) der Kapillare (3) abschließt.

16. Faserapplikator nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stirnfläche (6) nach außen gewölbt ist.

17. Faserapplikator nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, daß die nach außen gewölbte Stirnfläche (6) über das Ende des Metallröhrchens (4) hervorsteht.

18. Faserapplikator nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß zum stirnseitigen Abschluß der Kapilla re (3) eine Quarz- oder Saphirkugel (8) auf die offe ne Kapillare (3) aufgesetzt ist.

19. Faserapplikator nach Anspruch 18, dadurch gekenn zeichnet, daß die Quarz- oder Saphirkugel (8) über das Metallröhrchen (4) hervorsteht.

20. Faserapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die offene Kapillare (3) mittels eines Einsatzes (9) verschlossen ist, der einen gegenüber der Längsachse der Kapillare (3) geneigten dielektrischen Spiegel (11) trägt, und daß das Metallröhrchen (4) den seitlichen Wandbereich der Kapillare (3) freiläßt, durch den die an dem Spiegel (11) reflektierte Strahlung austritt.

21. Faserapplikator nach einem der voranstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das strah lungsquellenseitige Ende des Metallröhrchens (4) ein die optische Faser (2) umhüllender flexibler Mantel anschließt.

22. Verwendung des Faserapplikators gemäß den Ansprüchen 1 bis 21 für endoskopische Zwecke.