DE4440783C2 - Vorrichtung zum Schneiden von Gewebe - Google Patents

Vorrichtung zum Schneiden von Gewebe

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Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schneiden von Gewebe insbesondere im Körperinneren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Vorrichtungen zum Behandeln von Gewebe insbesondere im Inneren eines menschlichen Körpers mit Lasern sind be­ kannt. Die bekannten Vorrichtungen weisen eine Laserein­ richtung auf, deren Laserstrahl in das proximale Ende einer Lichtleitfaser eingekoppelt wird, die in einen En­ doskopschaft oder dergleichen eingesetzt ist, und die den Laserstrahl zum distalen Ende der Vorrichtung leitet, das in das Körperinnere eingesetzt ist.
Zum Schneiden von biologischem Gewebe eignen sich beson­ ders Laser mit einer Wellenlänge im infraroten Bereich und insbesondere im Bereich von etwa 3 µm, da die Absorption von Wässer in diesem Wellenlängenbereich besonders hoch ist. Laser mit einer derartigen Wellenlänge werden derzeit aus dem folgenden Grund jedoch nicht zum Schneiden von Gewebe im menschlichen Körper eingesetzt:
Die Lichtleitfasern, die eine hohe Transmission für Licht im Bereich von etwa 1,5 bis 6 µm aufweisen, sind sehr empfindlich gegen Verschmutzungen, Temperaturerhöhungen und insbesondere thermische Spannungen sowie andere äußere Einflüsse. Diese Einflüsse führen bereits nach kurzer Zeit zu einer weitgehenden Zerstörung des distalen Endes der Lichtleitfaser, so daß die Standzeit der Lichtleitfasern äußerst kurz ist, wenn sie in einer, Anordnung eingesetzt werden, wie sie bei Vorrichtungen üblich ist, die mit Licht anderer Wellenlänge, beispielsweise dem Licht von Neodym-YAG-Lasern arbeiten. Darüberhinaus würde bei Ver­ wendung des von herkömmlichen Vorrichtungen zur Behandlung von Gewebe im Körperinneren bekannten Aufbaus der Laser­ strahl entweder nicht ausreichend fokussiert werden, oder die Lichtleitfaser würde durch die konzentrierte Energie des Laserstrahls relativ rasch zerstört werden.
Im Oberbegriff des neuen Patentanspruchs 1 ist ein Stand der Technik als bekannt vorausgesetzt, wie er aus der US-PS 5 151 098 entnehmbar ist.
Die aus der US-PS 5 151 098 bekannte Vorrichtung arbeitet im sogenannten Kontakt-Verfahren. Hierzu wird auf Spalte 7, Zeile 10 verwiesen.
Bei Vorrichtungen, die im "Kontakt-Verfahren" arbeiten, ist es nicht erforderlich, zielsuchende-. bzw. -markie­ rende Mittel vorzusehen, da das "Ziel", nämlich das herzu­ stellende "Loch" durch die Kontaktfläche des Katheters mit dem Gewebe vorgegeben ist.
Will man dagegen im "Nicht-Kontakt-Verfahren" arbeiten, ist es erforderlich, das Ziel, auf das die nicht sichtbare Laserstrahlung des "Arbeitslasers" gerichtet ist, in irgendeiner Weise zu markieren.
Es ist bekannt, zur Markierung des Ziels einen weiteren Laser zu verwenden, der Licht im sichtbaren Bereich emittiert, und dessen Strahl in an sich bekannter Weise als Zielstrahl dient.
Die Verwendung eines Zielstrahllasers bei einer gattungs­ gemäßen Vorrichtung wirft jedoch das Problem auf, daß Lichtleitfasern, die beispielsweise für Laser-Wellenlängen im Bereich von 3 µm eine hohe Transparenz aufweisen, für sichtbares Licht nicht "besonders" transparent sind.
Vor allem aber ist die numerische Appartur derartiger Lichtleitfasern für sichtbares Licht gering, so daß auch der Konuswinkel, mit dem das Licht fokussiert wird, klein ist. Dies bedeutet, daß die Fokusebene für den Betrachter nicht exakt bestimmbar ist.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, daß das Licht eines Zielstrahllasers mit hoher Effizienz derart eingekoppelt werden kann, daß die Fokusebene leicht er­ kennbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angege­ ben.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird das Licht des weiteren Lasers, der als Zielstrahl-Laser dient, nicht in die Lichtleitfaser selbst, sondern in deren Cladding eingekoppelt, so daß sich im Fall einer exakten Ausrichtung ein punktförmiger Zielstrahl-Laserfleck und ansonsten ein ringförmiger Fo­ kus-Fleck ergibt.
Die verwendeten JR-Laser sind in an sich bekannter Weise in gleicher Weise wie beispielsweise Ex­ cimer-Laser dazu geeignet, Gewebe "direkt" zu schneiden, ohne daß Koagulations-Effekte auftreten würden. Laser, die Licht mit einer Wellenlänge von ca. 1,2 bis 6 µm emit­ tieren, haben jedoch gegenüber Excimer-Lasern den Vorteil, daß die Strahl-Führung einfacher ist als bei Lasern, die Licht im UV-Bereich emittieren. Um die vorstehend erläu­ terten Nachteile der für den genannten Wellenlängenbereich allein in ausreichendem Maße transparenten Lichtleitfasern nicht zur Entfaltung kommen zu lassen, ist erfindungsgemäß ein optisches System vorgesehen, das das distale Ende der empfindlichen Lichtleitfaser vor Beschädigungen aller Art schützt.
Gemäß Anspruch 2 ist es bevorzugt, wenn der Laser Licht im Bereich von etwa 1,5 bis 3 µm, bevorzugt von etwa 2,5 bis 3 µm emittiert. Beispielsweise können Thulium-Laser mit einer Wellenlänge von 1,95 µm, Holmium-Laser mit einer Wellenlänge von 2,1 µm oder Erbium-Laser mit verschiedenen Wirtskristallen und einer Wellenlänge von beispielsweise 1,69 µm verwendet werden.
Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Lasereinrich­ tung einen ErYAG-Laser mit einer Wellenlänge von 2,94 µm oder einen ErYSGG-Laser mit einer Wellenlänge von 2,79 µm aufweist: Die Eindringtiefe von Licht mit einer Wellen­ länge von 2,79 µm beträgt weniger als 4 µm, die Eindring­ tiefe von Licht mit einer Wellenlänge von 2,94 µm sogar weniger als 1 µm.
Damit ist eine hohe Absorption des Laserstrahls in einem kleinen Gewebebereich gewährleistet, durch die ein effek­ tives und damit schnelles Schneiden des Gewebes möglich wird.
Gemäß Anspruch 4 ist die Lichtleitfaser eine - vergleichs­ weise unaufwendige und damit billige - Multimode-Faser. Im Anspruch 5 ist ein bevorzugtes Material für die Licht­ leitfaser, nämlich ZrF4 angegeben. Dieses Material hat für die erfindungsgemäß verwendeten Wellenlängen und insbeson­ dere für Wellenlängen im Bereich von 3 µm eine sehr hohe Transmission. Allerdings ist dieses Material sehr empfind­ lich auf die vorgenannten äußeren Einflüsse. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird jedoch eine Standzeit erreicht, die einen wirtschaftlichen Einsatz der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung mit entsprechenden Lichtleit­ fasern ermöglicht.
Im Anspruch 6 ist angegeben, daß der Kerndurchmesser der Lichtleitfaser etwa 200 bis 600 µm, bevorzugt 350 µm (An­ spruch 7) beträgt.
Diese Werte für den Kerndurchmesser stellen einen beson­ ders vorteilhaften Kompromiß zwischen einer möglichst geringen spezifischen Belastung der Lichtleitfaser durch die eingekoppelte Leistung des Lasers und der Baugröße sowie dem Durchmesser des Fokusflecks dar. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß selbst in der Laparoskopie der maxi­ male Durchmesser der erfindungsgemäßen Vorrichtung - auch im Bereich des optischen Systems - in dem Endoskop nicht mehr als 2,5 mm betragen sollte.
Das optische System kann den Laserstrahl zunächst auf­ weiten und dann in einem Fleck konzentriern, dessen Durch­ messer wenigstens gleich dem Durchmesser des Kerns der Lichtleitfaser ist. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß im Bereich der Lichtleitfaser und des nachgeschalteten optischen Systems keine Energiedichten auftreten, die zu einer Beschädigung der Lichtleitfaser bzw. des optischen Systems führen würden, so daß eine ausreichende Standzeit der Vorrichtung und ihrer Teile erreicht wird.
In den Ansprüchen sind verschiedene Möglichkeiten für das optische System angegeben, das erfindungsgemäß die Licht­ leitfaser schützt:
Bei einer Realisierung der Erfindung weist das optische System einen Quarzstab mit einer Verjüngung auf, bzw. be­ steht das optische System aus einem derartigen Quarzstab. Dieser Quarzstab ist an seinem distalen Ende bevorzugt linsenförmig und/oder keilförmig bzw. schräg geschliffen, so daß bereits der Quarzstab allein ein optisches System zur Strahlformung und Stahlführung bildet.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht das optische System aus zwei Linsen, die bevorzugt plankon­ vexe Linsen sind, deren plane Seiten einander zugekehrt sind. Die Beschränkung auf zwei Linsen stellt einen opti­ malen Kompromiß zwischen optischer Abbildungsqualität und minimierten Reflexionsverlusten dar.
Alternativ kann das optische System auch aus einer Stab­ linse bestehen. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß die Reflexionsverluste gegenüber einem System mit zwei Linsen verringert sind.
In jedem Falle ist es bevorzugt, wenn das optische System Elemente aus Saphir aufweist, da Saphir für Infrarotlicht in dem erfindungsgemäß verwendeten Wellenlängenbereich eine besonders hohe Transmission aufweist. Darüberhinaus ist Saphir auch im sichtbaren Spektralbereich einsetzbar, was insbesondere beim Einsatz eines Zielstrahllasers von Vorteil ist.
Bei einer weiteren Ausbildung weist das optische System einen Hohlspiegel auf, der nicht nur eine optische Wirkung hat, sondern zusätzlich auch den Laserstrahl um­ lenkt. Dieser Hohlspiegel hat den zusätzlichen Vorteil, daß er ohne chromatischen Fehler ein Linsenelement er­ setzt. Die Weiterbildung, bei der der Hohlspiegel schwenkbar ist, hat den besonderen Vorteil, daß durch eine entsprechende Schwenkung des Hohlspiegels eine beliebige Beobachtungsrichtung einste­ llbar ist.
Im Anspruch 18 ist angegeben, daß der Abstand des Fokus­ sier-Flecks des Laserstrahls von der vorderen Endfläche des optischen Systems etwa 5 mm bis 10 mm beträgt. Diese Dimensionierung bewirkt, daß eventuell erzeugte Schockwel­ len etc. keine Schäden in dem optischen System verursa­ chen.
Bei dem erfindungsgemäßen "Non-Kontakt"-Verfahren ist es bevorzugt, wenn der Durchmesser des Behandlungs-Laser­ strahl-Flecks höchstens 600 µm beträgt.
Der Ziellaser kann ein beliebiger Laser sein, der Licht im sichtbaren Bereich emittiert. Ein kostengünstiger Laser ist beispielsweise ein HeNe-Laser.
Bei der im Anspruch 21 angegebenen Weiterbildung ist ein Spülfluid, beispielsweise ein Gasstrom und/oder eine Flüs­ sigkeit vorgesehen, die das optische System von zurückge­ schleuderten Partikeln reinigt. Ergänzend kann eine Saug­ einrichtung vorgesehen sein, die im distalen Endbereich Unterdruck erzeugt, so daß Gewebeteile abgesaugt werden (Anspruch 22).
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, in der zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel für ein optisches System mit zwei Linsen,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbei­ spiel für ein optisches System mit einer Stablinse,
Fig. 3 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel für ein optisches System mit einer Linse und einem Hohlspiegel.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfin­ dungsgemäß verwendetes optisches System, das aus zwei Linsen besteht, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel plankonvexe Linsen sind, deren plane Seiten einander zuge­ kehrt sind. In der nachfolgenden tabellarischen Aufstel­ lung sind die Radien ri der gekrümmten Flächen, die Lin­ sendicken di und die Abstände li (i = 1, 2) zwischen der Aus­ trittsfläche der in Fig. 1 nicht dargestellten Lichtleit­ faser und dem jeweils nächstgelegenen Flächenscheitel der ersten (1) bzw. zweiten (2) Linse des optischen Systems angegeben.
Im übrigen wird zu dem Strahlengang auf die Fig. 1 ver­ wiesen.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die zwei plankonvexen Linsen durch eine Stablinse (3), d. h. eine dicke bikonvexe Linse ersetzt sind. Wiederum ist der Strahlengang der Figur zu entnehmen. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel.
Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem die zweite Linse durch einen Hohlspiegel (4) ersetzt ist. Die Verwendung eines Hohlspiegels hat den Vorteil, daß nicht nur der chromatische Längs- und Querfehler verringert wird, sondern daß auch eine Einstellung der Beobachtungs­ richtung relativ zur Lichtleitfaser (5) durch Schwenken des Hohlspiegels (4) um den Winkel (α) möglich ist.
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele sind "Non-Kontakt-Ausführungsformen".

Claims (22)

1. Vorrichtung zum Schneiden von Gewebe insbesondere im Körperinneren, mit
  • - einer Lasereinrichtung, die einen Laser aufweist, der Licht im Bereich von etwa 1,2 bis 6 µm emittiert,
  • - einer Lichtleitfaser, die aus einem für Infrarot-Strah­ lung transparentem Material besteht und in deren proxi­ malem Ende der Laserstrahl der Lasereinrichtung einge­ koppelt wird, und die den Laserstrahl zum distalen Ende der Vorrichtung leitet,
  • - einem optischen System, das vor dem distalen Ende der Lichtleitfaser angeordnet ist, und das die Lichtleitfa­ ser vor Beschädigungen schützt, und
  • - einem Endoskopschaft oder dergleichen, in den die Licht­ leitfaser eingesetzt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Laser vorgesehen ist, der Licht im sichtbaren Bereich emittiert und dessen Licht als Zielstrahl in das Cladding der Lichtleitfaser einge­ koppelt wird, so daß sich im Falle einer exakten Ausrich­ tung ein punktförmiger Zielstrahl-Laserfleck und ansonsten ein ringförmiger Fokusfleck ergibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser Licht im Bereich von etwa 1,5 bis 3 µm, bevorzugt von etwa 2,5-3 µm emittiert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasereinrichtung einen ErYAG-Laser mit einer Wellenlänge von 2,94 µm oder einen ErYSGG-Laser mit einer Wellenlänge von 2,79 µm aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser eine Multi­ mode-Faser ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser aus ZrF4 besteht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndurchmesser der Licht­ leitfaser etwa 200 bis 600 µm beträgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser einen Kern­ durchmesser von 350 µm hat.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System den Laser­ strahl zunächst aufweitet und dann in einem Fleck konzen­ triert, dessen Durchmesser wenigstens gleich dem Durchmes­ ser des Kerns der Lichtleitfaser ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System einen Quarzstab mit einer Verjüngung aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzstab an seinem dista­ len Ende linsenförmig und/oder keilförmig bzw. schräg geschliffen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System aus zwei Linsen besteht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß beide Linsen plankonvexe Linsen sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die planen Seiten der bei­ den Linsen einander zugekehrt sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System aus einer Stablinse besteht.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System Elemente aus Saphir aufweist.
16. Vorichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System einen Hohlspiegel aufweist, der eine optische Wirkung hat und zusätzlich den Laserstrahl umlenkt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlspiegel schwenkbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Fokussier- Flecks des Laserstrahls von der vorderen Endfläche des optischen Systems etwa 5 mm bis 10 mm beträgt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziellaser ein HeNe-Laser ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Behand­ lungs-Laserstrahl-Flecks höchstens 600 µm beträgt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spülfluid das optische System während des Schneidvorgangs reinigt.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Saugeinrichtung vorge­ sehen ist, die im distalen Endbereich Unterdruck er­ zeugt, so daß Gewebeteile abgesaugt werden.
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