DE4432666A1

DE4432666A1 - Übertragungssystem zur kombinierten Übertragung von Laserstrahlung, Hochfrequenz und Ultraschall

Info

Publication number: DE4432666A1
Application number: DE4432666A
Authority: DE
Original assignee: LASER MEDIZIN ZENTRUM GGMBH BE
Current assignee: Laser und Medizin Technologie GmbH
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1994-09-14
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2014-09-15
Also published as: DE4432666C2

Description

Aufgabenstellung

Es soll ein möglichst platzsparendes und flexibles Über tragungssystem zur Übertragung elektromagnetischer Energie im Radio- und Hochfrequenzbereich sowie zur Übertragung von Laserlicht- und Ultraschallenergie entwickelt werden.

Stand der Technik

Es ist grundsätzlich bekannt, daß Laserstrahlung über optische Wellenleiter in Form von sog. Faseroptiken übertragen werden kann. Dabei wird das Prinzip der sog. Totalreflexion ausgenutzt. Dabei besteht der Kern einer derartigen Faseroptik aus einem für die Nutzstrah lung transparenten Material des Brechungsindexes im Kern und ist ummantelt mit mindestens einem zweiten Material, dessen Brechungsindex im Mantel kleiner ist als der Brechungsindex des Kernmaterials. Es sind nach dem Stand der Technik jedoch auch faseroptische Systeme bekannt, bei denen unter Ausnutzung des Prinzips der anomalen Dispersion eine Kapillare zur Anwendung kommt, deren Mantelmaterial in der Nähe der Nutzwellenlänge eine Absorption aufweist, wobei das Maximum dieser Absorptionsbande hinreichend weit von der Wellenlänge der Nutzstrahlung entfernt ist, so daß die verbleibende Restabsorption keine wesentliche Dämpfung der zu übertragenden Nutzstrahlung verur sacht, andererseits aber dafür zu führt, daß der Realteil des Brechungsindexes < 1 ist und damit die im hohlen Kern vorhandene Luft mit einem Brechungsindex von etwa 1 einen höheren Brechungsindex als das Man telmaterial bei der Nutzwellenlänge aufweist. Es ist weiterhin bekannt aus der Patentschrift DE 43 22 955 A1 sowie aus der Schrift DE 51 15 447 C2, daß bei Verwen dung von sog. Quarzglaslichtwellenleitern vom Typ Kernmantel über eine derartige Faseroptik auch Ultra schallenergie übertragen werden kann. Aus der DE 43 22 955 A1 ist ebenfalls bekannt, daß die Übertragung von Ultraschallenergie auch durch eine Quarzglaska pillare bei geeigneter Einkopplung möglich ist. Gleich zeitig zeigt diese Anmeldung, daß simultan zur Ultra schallenergie auch bei geeigneter Einkopplung die Übertragung von Laserstrahlung über denselben Wellen leiter möglich ist.

Erfindungsgemäße Lösung

Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß bei geeigneter Dimensionierung eines ultraschall- und laser lichtübertragenden Wellenleiters, wie in der DE 43 22 955 A1 beschrieben, zusätzlich auch Hochfre quenzenergie übertragen werden kann. Dazu wird erfin dungsgemäß der optische Mantel (2) des Kernman tellichtwellenleiters (1) mit einer elektrisch leitenden Beschichtung (3) versehen, die ihrerseits wiederum mit einem dielektrischen weiteren Überzug (4) geschützt wird. Zusätzlich wird dieses Dielektrikum (4) seinerseits nach außen hin von einem weiteren elektrisch leitenden Material (5) umgeben, das abhängig von der zu übertra genden Hochfrequenz entweder nach dem Stand der Technik aus einem metallischen Geflecht oder aber wie derum aus einem elektrisch leitenden Überzug besteht. Dieser zweite elektrisch leitende Mantel außerhalb des ersten Dielektrikums wird seinerseits nun wiederum mit einem Isolatormaterial (6) umgeben. Durch diesen mehrfach konzentrischen Aufbau wird erzielt, daß zwischen den zwei elektrisch leitenden Mantelschichten wie in einem Koaxialwellenleiter Hochfrequenzenergie in einem durch die Geometrie und die verwendeten Materialien bestimmten Frequenzbereich übertragen werden kann.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der optische Wellenleiter aus einer sog. Quarz-Quarzfaser (7) handelsüblicher Abmessungen, der wahlweise ent weder direkt mit Gold (8) beschichtet ist und anschlie ßend zur mechanischen Stabilität mit einem harten Polymer (9), wie beispielsweise Polyamid, oder umge kehrt beschichtet wird. Auf diese Beschichtung wie derum wird das für die Hochfrequenz- oder Radiofre quenzübertragung notwendige Dielektrikum (10), vor zugsweise Polyethylen, aufgebracht. Dieses Dielektri kum wird nun seinerseits mit einem dünnen Metallge webe (11) nach dem Stand der Technik ummantelt, das nach außen hin durch eine Isolationsschicht (12) ge schützt wird. Typische Dimensionierungen sind hierbei etwa 600 µm Kerndurchmesser der Quarzfaser bei einem Außendurchmesser incl. Polyamid und Gold coating von etwa 800 bis 900 µm, einer Dicke der Polyethylen-Ummantelung von etwa 500 µm und einer Dicke der äußeren Metallisierung incl. Isolation von weiteren 250 µm. Ist der Durchmesser des gesamten Übertragungssystem etwa 2,1 mm entsprechend F7, d. h. er entspricht den Standardmessungen medizinisch üblicher Katheter.

Erfindungsgemäß erfolgt die Einkopplung der Hochfre quenz vorzugsweise seitlich in das Übertragungssystem an einem Ort, der von der Einkopplung der Ultraschall- und Laserstrahlung die Viertelwellenbedingung der Hochfrequenz zwecks Reflexion am offenen Ende ent fernt ist, so daß eine verlustfreie Einkopplung in Arbeitsrichtung gewährleistet ist.

In Weiterführung des Erfindungsgedankens kann statt des Quarzglaswellenleiters mit festem Quarzglaskern auch eine innenverspiegelte Kapillare (13) verwendet werden, die von ihren Materialeigenschaften entweder die Möglichkeit bietet, zur Wellenleitung das Prinzip der anomalen Dispersion nach dem Stand der Technik zu nutzen oder aber auf der Innenseite elektrochemisch spiegelnd beschichtet ist, beispielsweise mit Silber und Silberjodid. Im letzteren Falle kann bereits diese Metallisierung (14) als Kern für den erfindungsgemäßen koaxialen Hochfrequenzwellenleiter genutzt werden. Im Falle der Ausnutzung der anomalen Dispersion, ist wei terhin zusätzlich außen auf der Kapillare eine Metallisie rung (15) anzubringen. Ein derartiges weiterführendes System ermöglicht grundsätzlich die Übertragung sowohl infraroten Laserlichtes durch die Hohlleiter als auch sichtbaren Laserlichtes durch die transparente Glaskapillare sowie die Ultraschallübertragung durch die Glaskapillare und zusätzlich nach dem erfindungs gemäßen Prinzip die Übertragung von Hochfre quenzenergie durch den so gebildeten koaxialen Wellen leiter.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des erfin dungsgemäßen Übertragungssystems wird wiederum vorzugsweise eine Quarzglaskapillare (13) verwendet, die auf ihrer Innenseite elektrochemisch zunächst mit Silber (16), sodann mit Silberjodid (17) verspiegelt ist, wie beispielsweise von Croitóru US Patent 4,930,863, June 5, 1990 zur Übertragung von CO₂- und Er:YAG- Laserstrahlung. Bei einer Dimensionierung des Innen durchmessers auf etwa 400 µm und einer Wandstärke der Glaskapillare von etwa 200 bis 250 µm wird diese innenverspiegelte Kapillare zusätzlich außen mit einer Gold- oder Silberschicht (18) überzogen und sodann aus mechanischen Stabilitätsgründen mit einem Hartpolymer (19), wie Polyamid, geschützt. In diesem Falle wirkt das Material der Kapillare selbst als Dielektrikum für die Hochfrequenz. Damit wird eine weitere Verringerung des Außendurchinessers des Übertragungssystems auf etwa 1 mm erreicht. Damit kann ein derartiges System zusätzlich mit einem konventionellen Hochfrequenzleiter in einem typischerweise F7-Katheter plaziert werden, so daß bipolare Hochfrequenzchirurgie grundsätzlich gleichzeitig zur Laser- und Ultraschallchirurgie möglich ist. Erfindungsgemäß ist selbstverständlich auch, daß anstelle bzw. parallel zu der Energieübertragung von Ultraschallaserstrahlung und Hochfrequenz auch Signalübertragung zu meßtechnischen Zwecken stattfin den kann.

Es folgt die Beschreibung der Abbildungen:

Fig. 1 Wellenleiter für Licht-, Ultraschall- und elek tromagnetische Wellen;

Fig. 2 Optische Faser für Licht- und Ultraschall mit für die Übertragung von elektromagnetischen Wellen geeigneter Beschichtungen;

Fig. 3 Kapillare mit elektrisch leitenden und dielek trischen Innen- und Außenbeschichtungen für die Übertragung von Licht, Ultraschall und elektromagnetischen Wellen;

Fig. 4 Kapillare für die Licht- und Ultraschallüber tragung mit elektrisch leitenden Beschich tungen, so daß die Kapillare als HF-Koaxial leiter verwendet werden kann.

Claims

1. Flexibles Übertragungssystem zur Übertragung von Laserstrahlung und Ultraschall sowie zusätz lich von Hochfrequenzstrahlung über einen optischen Wellenleiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung des optischen Teils in der Achse des koaxial aufgebauten Hochfrequenzwellen leiters erfolgt.

2. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele des koaxialen Hochfrequenzieiters als faseroptisches Bauelement vom Typ Kernmantel faser bzw. Gradientenindexfaser ausgelegt ist und in geeigneter Weise mit einem elektrisch leitenden Überzug versehen wird, der über ein geeignetes Dielektrikum vorzugsweise Polyethylen von einem äußeren, elektrisch leitenden und nach außen iso lierten Mantel in geeignetem Abstand gehalten wird.

3. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als innerer Kern eine Glaskapillare als Hohlleiter für optische Strahlung verwendet wird, der seiner seits wiederum auf der äußeren Seite elektrischlei tend beschichtet ist, und über ein geeignetes Die lektrikum gegen eine zweite äußere elektrischleitende Schicht und weiter nach außen hin durch einen Polymer isoliert ist.

4. Übertragungssystem nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Hohlleiter nach dem Prinzip der anomalen Dispersion ausgelegt ist.

5. Übertragungssystem nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Hohlleiter innen durch elektroche mische Beschichtung verspiegelt ist und zur simul tanen Übertragung von Infrarotlaserstrahlung im luftgefüllten Kern sowie zur Übertragung von Laserlicht im sichtbaren Spektralbereich durch den Glasmantel genutzt wird.

6. Übertragssystem nach den Ansprüchen 1, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasmantel zusätzlich außen elektrischleitend beschichtet ist und seinerseits, daß Dielektrikum des koaxialen Hochfrequenzieiters darstellt. Zusätzlich befindet sich außen noch eine elektrisch isolierende Stabilisierungsschicht aus einem Hart polymer, vorzugsweise Polyamid.