DE69232712T2

DE69232712T2 - Vorrichtung mit laserlichtdurchlässiger Nadel

Info

Publication number: DE69232712T2
Application number: DE69232712T
Authority: DE
Inventors: Irving Joseph Bigio; Richard L Conn; Thomas Robert Loree; Karlheinz Strobl
Original assignee: Indigo Medical Inc
Current assignee: Indigo Medical Inc
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2012-03-25
Also published as: WO1992017243A3; DE69233647D1; EP0792664A2; WO1992017243A2; EP0792664A3; DE69232712D1; JPH06509949A; DE69232225D1; EP1405608A1; EP0792663B1; EP0792663A3; EP0582686A1; DE69226634D1; EP1116476A2; EP1116476A3; EP0582686B1; EP0792663A2; EP1405608B1; DE69233647T2; EP0792664B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine laserinduzierte Hyperthermie oder photodynamische Therapie, insbesondere eine Vorrichtung, bei der eine Lichtleitfaser mit einer laserlichtdurchlässigen Nadel kombiniert wird.
Es ist gut bekannt, daß Laser einen intensiven Strahl einer elektromagnetischen Strahlung von hoher spektraler Reinheit erzeugen, welche auf ein feines Maß mit hohen Strahlungsdichten, geringen Winkeldivergenzen und einer großen Kohärenzlänge kollimiert werden kann. Diese Eigenschaften machen Laser besonders für verschiedene medizinische Anwendungen attraktiv.
Die Verwendung von Lasern zum Induzieren von Hyperthermie in ein Gewebe ist mit dem Einführen einer Lichtleitfaser in Gewebe verknüpft. Ohne irgendeinen zusätzlichen Schutz muß die Faser in der Lage sein, den Einführ- und Rückzugskräften zu widerstehen, ohne zu brechen oder Material zu verlieren. Jeder Zwischenfall während einer Hyperthermie, bei dem Material zurückbleibt, das nicht leicht zurückgeholt werden kann, könnte verhängnisvoll werden.
Außerdem ist es wünschenswert, die Zerstreuung der Laserenergie zu kontrollieren, welche von dem Ende der Lichtleitfaser transmittiert wird. Die Stärke der Streuung der Laserenergie in einem bestimmten Gewebe kann ein kritischer Faktor bei einer Hyperthermiebehandlung sein. Der Grad einer Gewebestreuung wird die erforderliche Zerstreuung des energietransmittierenden Endes der Lichtleitfaser bestimmen. Daher ist es wünschenswert, eine Einrichtung zum Kontrollieren der Energie zur Verfügung zu stellen, welche von dem Ende der Lichtleitfaser transmittiert wird, um durch Zerstreuen der abgestrahlten Energie die Energiedichte an der Oberfläche der Nadel zu reduzieren. Dies liefert ein Energiezuführungssystem einer Nadel, das die Entstehung und Ablagerung von verschmorten Materialien auf seiner Oberfläche verhindert, während eine Konstruktion zur Verfügung gestellt wird, die sich einem Bruch oder dem Verlust von Material widersetzt. Die Verringerung der Energiedichte, die durch diese Techniken erreicht wird, ermöglicht die Kontolle des thermischen Profils, welches nicht nur vor einem Verschmoren und einem Blockieren der Photonen schützt, sondern auch die Optimierung der Hyperthermietherapie ermöglicht, welche benötigt wird, um die gewünschten klinischen Ergebnisse zu erzielen.
Alternative Verwendungen der Lasertechnologie umfassen die Verwendung von Lasern zur Behandlung von Tumoren, bei denen das Erfordernis der Anpassung des erwärmten Volumens an die Größe des Tumors am besten durch eine Vorrichtung erfüllt werden kann, in welcher die Wellenlänge der Bestrahlung und damit die Eindringtiefe der Laserenergie geändert werden kann. Obgleich Fluoreszenzfarbstoffe für die Umwandlung der Bestrahlungswellenlänge nützlich sind, kann das Einführen von allgemein krebserzeugenden Farbstoffen in menschliches Gewebe beträchtliche Gesundheitsrisiken verursachen. Daher ist es wünschenswert, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche Fluoreszenzfarbstoffe zum Umwandeln der Bestrahlungswellenlänge ausnützt, während verhindert wird, daß der Farbstoff in das umgebende Gewebe austritt.
Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, den Nadelschaft von der innen angeordneten Lichtleitfaser zu beabstanden. Dies ermöglicht eine Flüssigkeits- oder Gaskühlung der Faser, der Nadel und des angrenzenden Gewebes und ermöglicht den Einsatz von Streukörpern, Diffusoren oder wellenlängenverschiebenden Farbstoffen in dem Inneren der Nadel. Die Möglichkeit, das an der eingeführten Nadel angrenzende Gewebe zu kühlen, ermöglicht eine verbesserte Kontrolle über das thermische Profil in dem Gewebevolumen, was bei einer Hyperthermie kritisch sein kann. Die Umhüllung einer Lichtleitfaser in einer Nadel ist für sich genommen bekannt. In dem US-Patent Nr. 4 336 809, erteilt an Clark, ist z. B. ein transparenter Mantel in engem Kontakt mit einem Kern einer Lichtleitfaser. Die von Clark offenbarte optische Nadel wirkt als ein linearer seitlicher Strahler.
In dem US-Patent Nr. 3 834 391, erteilt an Block, ist eine Sonde zur Photoepilation offenbart. In diesem Patent endet ein langer, flacher, sich verjüngender Körper in einer sich verjüngenden Spitze, welche das energietransmittierende Ende der Faser trägt. Das polierte Ende der Faser befindet sich auf gleicher Ebene mit der äußeren Oberfläche des Körpers. In der Beschreibung des Block-Patents wird gewarnt, daß der Benutzer beim Handling des Sensors vorsichtig sein muß, da ein Bruch der ummantelten Faser möglich ist.
Eine optische Laservorrichtung zur Behandlung von Blutgefäßen wird in dem US-Patent Nr. 4 564 011, erteilt an Goldman, offenbart. Eine Lichtleitfaser ist konzentrisch in einem Katheter angeordnet, auf dem eine sich verjüngende Sonde montiert ist, so daß die Lichtleitfaser selbst beim Gebrauch nicht in einem penetrierenden Abschnitt liegt. Die Laserenergie wird mittels Linsen durch die Nadel zu einem Bereich gelenkt, der ungefähr die Größe des Durchmessers der Nadel besitzt.
Das US-Patent Nr. 4 905 689, erteilt an Stack et al. offenbart eine Einrichtung, um einen Laserstrahl am Umfang durch Fenster zu lenken, die konzentrisch um die konische Spitze der Nadel verteilt sind, statt durch einen wesentlichen Abschnitt des Nadelschafts selbst. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Fenster von Saphiren, Rubinen oder Diamanten gebildet und ermöglichen, den Laserstrahl zu atheriosklerotischen Plaque zu lenken.
Das US-Patent Nr. 3 467 098, erteilt an Ayres, offenbart einen Handstift, der mit einer entfernten Laserquelle durch eine geschlossene Leitung verbunden ist, die jedoch keine Lichtleitfaser umhüllt, und die Vorrichtung ist auch nicht wie eine Nadel einführbar.
DE-A-28 26 383 offenbart eine Sonde zur Laserchirurgie, welche eine hohle Nadel mit einer Lichtleitfaser umfaßt, die davon beabstandet und darin angeordnet ist. Die Nadel kann an der Spitze geschlossen sein, oder auch nicht, wobei die Spitze, soweit sie vorhanden ist, transparent sein kann und es kann sich eine Flüssigkeit oder ein Gas in der Kanüle befinden.
EP-A-0 394 446 offenbart einen flexiblen Katheter zur medizinischen Laserbehandlung mit einem geschlossenen Ende. In der Kavität befindet sich ein lichtverteilendes Kunststoffmedium. Ein Teil des Lichts wird von dem Ende transmittiert und ein Teil wird von der Katheterumhüllung reflektiert.
US-A-4 736 743 offenbart eine Kontaktlasersonde zur Verdampfung, bei der ein chirurgischer Einschnitt durch direkte und indirekte Lasererwärmung des Gewebes erzeugt wird. Die indirekte Erwärmung wird durch die Verwendung einer Sensorspitze erreicht, die speziell mit Infrarot-absorbierendem Material beschichtet ist.
Die vorliegende Erfindung stellt, wie in dem nachfolgenden Anspruch 1 beansprucht, eine laserlichtdurchlässige Nadel zur Verfügung, welche als eine Ummantelung für das Einführen von Lichtleitfasern und zerstreuenden Spitzen verwendet werden kann und anschließend vollständig intakt zurückgezogen werden kann, ohne ein signifikantes Risiko, Fremdmaterial in dem Gewebe zu hinterlassen. Die Lichtleitfaser ist in einer für Laserlicht transparenten Nadel angeordnet, wodurch die Transmission von Laserenergie durch die Wände der Nadel ermöglicht wird. Fragmente der Lichtleitfaser, die beim Brechen oder beim Ablösen von der Faser entstehen, werden dabei minimiert oder vermieden. Dadurch wird ein signifikantes Risiko durch Zurückbleiben von Fremdmaterial im Gewebe vermieden. Dementsprechend ermöglicht die transparente Nadel die Verwendung von kostengünstigen und wiederverwendbaren Lichtleitfasern und zerstreuenden Spitzen.
Ein weiterer deutlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die Konstruktion der transparenten Nadel angepaßt werden kann, um die Zerstreuung von Energie zu kontrollieren, welche von der Lichtleitfaser transmittiert wird. Streukörper, wie z. B. kleine Kunststoffkugeln, die mit lichtbrechendem, streuendem Pulver bestückt sind, können in der Spitze der Nadel plaziert werden, um die von der Faser transmittierte Energie zu zerstreuen. Alternativ kann sich ein Pulver oder ein Material mit hohem Brechungsindex in den Wänden und in dem Ende der Nadel befinden, um eine Einrichtung zum Zerstreuen der Laserenergie zur Verfügung zu stellen. Diese Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung reduzieren nicht nur die Leistungsdichte an der Grenzfläche zum Gewebe, um die Sicherheit einer Hyperthermie zu erhöhen, sondern vereinfachen auch die Konstruktion und Herstellung der Lichtleitfaser.
Insbesondere umfaßt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Transmittieren von Laserenergie zu einem Gewebe, welche folgendes umfaßt: eine hohle, transparente Nadel, die einen Schaft und eine Spitze besitzt und dafür eingerichtet ist, Laserenergie wenigstens durch einen erheblichen Abschnitt der Länge des Schafts zu transmittieren. Wenigstens eine Lichtleitfaser ist in der Nadel angeordnet und erstreckt sich in einen penetrierenden Abschnitt der Nadel, wobei die Faser dafür eingerichtet ist, Laserenergie von einem ihrer Enden zu transmittieren. Einrichtungen, wie Abstandhalter, können in der Nadel angeordnet sein, um die Faser in einer speziellen Position in der Nadel, z. B. zentrisch, festzuhalten. Die Nadel besitzt eine solche Struktur, so daß ihre innere Oberfläche von der äußeren Oberfläche der Faser beabstandet ist.
Gemäß der Erfindung ist ein Ende der Nadel geschlossen und verjüngt sich. Eine Einrichtung zum Streuen der Laserenergie, welche von der Lichtleitfaser transmittiert wird, kann in dem geschlossenen Ende der Nadel angeordnet sein, um die von der Faser transmittierte Energie zu zerstreuen. Alternativ kann ein Energieumwandler in der gleichen Position in der Nadel angeordnet sein, um die Wellenlänge der von der Faser transmittierten Energie umzuwandeln und ihre Eindringtiefe zu verändern. Die Bestückung, entweder mit lichtbrechendem, streuendem Material oder mit energieumwandelndem Material, welches in den Wänden und in dem geschlossenen Ende der Nadel positioniert ist, sind selbst weitere alternative Ausführungsformen.
In einer anderen Ausführungsform, welche nicht beansprucht ist, endet die Nadel offen. Die Nadel kann mit einem festen, entfernbaren Stylus versehen werden, um ein Einführen zu ermöglichen. Danach kann der Stylus zurückgezogen werden und entweder durch eine Lichtleitfaser oder durch ein spezielles Instrument ersetzt werden, für solche Anwendungen, wie zum Erlangen von Biopsien oder spektroskopischen Gewebeanalysen. Solch ein Verfahren kann vor oder nach einer Hyperthermie-Behandlung des Gewebes ausgeführt werden durch Ersetzen der Lichtleitfaser in der Nadel durch solch ein spezielles Instrument oder umgekehrt.
Diese alternativen Ausführungsformen der transparenten Nadel sehen eine Einrichtung vor, um die Nadel für verschiedene Hyperthermie- und/oder chirurgische oder klinische Erfordernisse anzupassen. Die Grundausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt jedoch durchweg eine kostengünstige, einmal oder mehrfach verwendbare Einrichtung zur Verfügung, um eine Lichtleitfaser vor Kräften beim Einführen und Zurückziehen zu schützen und um das Risiko des Einbringens von Faserfragmenten in das Gewebe zu reduzieren. Schließlich ermöglicht die transparente Nadel und die laserlichtdurchlässige Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstigere Laserausrüstung in der klinischen interstitiellen Anwendung von Laserenergie in lebenden Systemen zu verwenden.
In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Einrichtungen für die Hyperthermie-Behandlung von gutartiger Prostatahypertrophie (BPH) vorgesehen. Während es gut bekannt ist, daß Laser benutzt werden können, um Hyperthermie in Gewebe zu induzieren, wurden nahezu alle klinischen Anwendungen solch einer Hyperthermie mit der Behandlung von bösartigen Tumoren verknüpft. Andere haben zerstreuende Spitzen konstruiert und für eine photodynamische Therapie in Fluidvolumen benutzt, wie z. B. in der Blase. Gängige Techniken zur Prostatahyperthermie sind mit Mikrowellen und erwärmten Sensoren verbunden. Die Zerstreuung von Laserlicht während interstitiellen Anwendungen wurde in der Praxis nicht standardisiert. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Behandlung von BPH mit laserinduzierter Hyperthermie. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Lichtleitfaser mit einer zerstreuenden Spitze in die lichtdurchlässige Nadel eingeführt, welche direkt in die Prostata, z. B. durch einen rektalen Zugang unter Ultraschallvisualisierung und -führung, eingeführt wurde. Insbesondere in einer solchen Anwendung ist die Unversehrtheit der Komponenten kritisch. Abschnitte der Spitze dürfen nicht abgebrochen werden und in dem Gewebe eingeschlossen zurückbleiben. Der Faserträger selbst muß in der Lage sein, dem Einführen und Zurückziehen zu widerstehen, ohne zu brechen oder Material zu verlieren. Ein Zwischenfall während der Hyperthermie, bei dem Material in der Prostata zurückbleibt, könnte verhängnisvoll sein, da es keinen einfachen Weg gibt, dieses Material zu entfernen.
Die Verwendung der Konzepte dieser Erfindung kann eine sachgerechte und sichere Zerstreuung des Lichts in dem Prostatagewebe gewährleisten. Durch Einführen einer transparenten Nadel als eine Hülle für das Einführen einer Lichtleitfaser und einer zerstreuenden Spitze in die Prostata (oder in den Tumor) kann eine vollständige Entfernung ohne ein signifikantes Risiko, daß Fremdmaterial zurückbleibt, und mit minimalen Nebenwirkungen erfolgen.
Es werden nun einige Ausführungsformen der Erfindung, Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen, beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine Teilquerschnittsansicht einer Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche die Aufnahme der zerstreuenden Spitze darstellt, die an dem energietransmittierenden Ende der Lichtleitfaser angeordnet ist,
Fig. 2 eine Teilquerschnittsansicht einer Vorrichtung dieser Erfindung ist, welche einen sphärischen Streukörper aufweist, der an dem geschlossenen Ende der transparenten Nadel angrenzend angeordnet ist,
Fig. 3 eine Teilquerschnittsansicht einer Vorrichtung dieser Erfindung ist, welche die Aufnahme eine Reflektors, der an das geschlossene Ende der Nadel angrenzend angeordnet ist, und einen Abstandhalter darstellt, der das transmittierende Ende der Lichtleitfaser positioniert,
Fig. 4 eine Teilquerschnittsansicht einer Vorrichtung dieser Erfindung ist, welche die Aufnahme mehrerer Lichtleitfasern und einen Streukörper darstellt, der dafür eingerichtet ist, die energietransmittierenden Enden der Fasern in der Nadel in Position zu halten,
Fig. 5 eine Teilquerschnittsansicht einer Vorrichtung dieser Erfindung mit einem lichtbrechenden, streuenden Material ist, welches in den Wänden und im geschlossenen Ende der Nadel angeordnet ist,
Fig. 6 eine Teilquerschnittsansicht einer Vorrichtung dieser Erfindung ist, welche die Aufnahme einer Linse an dem energietransmittierenden Ende der Lichtleitfaser darstellt,
Fig. 7 eine Teilquerschnittsansicht einer Doppelnadelvorrichtung dieser Erfindung ist, welche eine Flüssigkeit aufweist, die im Innenteil der inneren Nadel enthalten ist,
Fig. 8 eine Teilquerschnittsansicht einer Vorrichtung dieser Erfindung ist, welche die Bestückung mit einem Energie-Wellenlängen-Umwandler in dem geschlossenen Ende der Nadel darstellt,
Fig. 9 eine Teilquerschnittsansicht einer Vorrichtung dieser Erfindung ist, welche energieumwandelndes Material in den Wänden und in dem geschlossenen Ende der Nadel aufnimmt,
Fig. 10 eine Teilquerschnittsansicht einer einfachen Grundkonfiguration ist, bei der zusätzliche Zerstreueinrichtungen nicht benötigt werden,
Fig. 11 eine Teilquerschnittsansicht einer einfachen Grundkonfiguration mit mehreren Fasern ist,
Fig. 12 eine Teilquerschnittsansicht einer Konfiguration mit offenem Ende ist, welche einen entfernbaren Stylus aufnimmt, der während dem Einführen benutzt werden kann, und
Fig. 13 eine schematische Ansicht der Verwendung der Vorrichtung dieser Erfindung bei einer Hyperthermie-Behandlung von BPH ist.
Eine detaillierte beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hier offenbart. Es sollte jedoch erkannt werden, daß verschiedene strukturelle Elemente in einer großen Variation von Formen ausgeführt werden können, von denen einige ganz verschieden von jenen speziellen strukturellen und funktionellen Details sein können, die hier offenbart werden. Demgemäß sind die hier offenbarten Details lediglich beispielhaft. In diesem Zusammenhang werden sie jedoch dafür erachtet, die beste Ausführungsform für die Zwecke der Offenbarung zu bieten, um eine Basis für die Ansprüche hierin zu liefern, welche den Umfang der vorliegenden Erfindung definieren.
Zunächst Bezug nehmend auf Fig. 1 wird eine bevorzugte Form einer laserlichtdurchlässigen Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, von einer hohlen, allgemein zylindrischen, transparenten Nadel 10 gebildet, welche konzentrisch um eine kommerziell erhältliche Lichtleitfaser 12 angeordnet ist. Die Nadel besitzt einen Schaft und eine Spitze und ist vorzugsweise aus einem Kunststoff mit optischen Eigenschaften konstruiert, wie Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat (PMMA), so daß die Nadel 10 Laserenergie wenigstens durch einen erheblichen Abschnitt der Länge des Schafts transmittieren kann. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, kann Energie von der Faser 12 nach außen abstrahlen und durch die Spitze und den Schaft der Nadel transmittiert werden, der einen Abschnitt des Schafts umfaßt, der sich hinter der Spitze der Faser befindet.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Außendurchmesser der Nadel 10 die Größe von etwa 3 Millimeter besitzen. Die Größe des Außendurchmessers wird jedoch durch die gewünschte Anwendung der vorliegenden Erfindung bestimmt. Die Nadelwand ist im Vergleich zum Nadeldurchmesser gering, z. B. 0,3 Millimeter, um die Erwärmung der Wand zu minimieren, welche durch die Transmission von Energie aus der Faser 12 entsteht. Im allgemeinen ist eine Wanddicke von 0,1 bis 1,0 Millimetern verwendbar.
Die Faser 12 ist an ihrem distalen Ende mit einer Laserquelle (nicht gezeigt) verbunden und erstreckt sich in einen penetrierenden Abschnitt der Nadel 10, d. h. in einen Abschnitt, der dafür bestimmt ist, in das Gewebe einzudringen, das einer Hyperthermie und/oder einer photodynamischen Therapie zu unterziehen ist. Die Faser 12 wird in einer Position in der Mitte der Nadel 10 durch eine Halteeinrichtung oder einen Abstandhalter 14 gehalten, welcher den Abstand zwischen der äußeren Oberfläche der Faser 12 zu der inneren Oberfläche der Nadel 10 überbrückt. Zusätzliche Abstandhalter können eingebaut und entlang der Länge der Faser 12, wie benötigt, verteilt werden, um die Faser 12 in der Nadel 10 in Position zu halten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstandhalter 14 porös, um den Fluß eines Gases oder einer Flüssigkeit durch die Nadel zu ermöglichen. In dieser speziellen Ausführungsform besitzt der Abstandshalter 14 poröse, flexible Scheiben 15 aus Polytetrafluorethylen (Teflon) und eine innere Lage 17 aus Polycarbonat.
In Benutzung wird die Anordnung aus Nadel 10 und Faser 12 in das Gewebe eingeführt als Mittel, um dazu beizutragen, die Lichtleitfaser 12 vor einem Bruch oder Materialverlust zu schützen. Obgleich dies nicht gezeigt ist, kann die Nadel 10 an dem Ende offen sein, welches zu dem energietransmittierenden Ende der Faser 12 proximal ist, wie es durch seine Verwendung vorgegeben wird. Es ist jedoch bevorzugt, daß das proximale Ende der Nadel geschlossen ist.
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann ein geschlossenes Ende 16 der Nadel 10 sich verjüngen oder konisch geformt sein. Es könnte jedoch eine unbegrenzte Vielfalt von Formen benutzt werden, die wärmegeformt, mit Einsätzen hergestellt, Epoxyharz-getaucht oder mit anderen geeigneten Mitteln hergestellt sind. Das geschlossene Ende 16 verhindert, daß irgendwelche Faserfragmente die Nadel 10 verlassen und daß Faserfragmente in das Gewebe eingebracht werden. Es wird außerdem verhindert, daß Körperflüssigkeiten, wie Blut, in den Raum zwischen der Faser 12 und der Nadel 10 gelangen und dadurch das umgebende Gewebe gestört wird. Das distale Ende der Nadel ist offen, um die Verbindung der Faser 12 mit einer Laserquelle (nicht gezeigt) zu ermöglichen.
In Gewebe mit einer moderaten Streuung muß die laserlichtdurchlässige Vorrichtung Energie zu der äußeren Oberfläche der Nadel 10 sowohl mit einer annehmbar geringen und gleichmäßigen Energiedichte, als auch unter einem richtigen Einfallswinkel bringen. Um dies zu bewirken, kann eine zerstreuende Spitze 18 an dem energietransmittierenden Ende 20 der Faser 12 plaziert werden. Solche zerstreuenden Spitzen werden gewöhnlich aus Quarz hergestellt und sind kommerziell erhältlich, wie z. B. die 4400-Serie sphärischer und zylindrischer Streukörper von LaserTherapeutics, Inc.. Die Aufnahme einer zetrstreuenden Spitze 18 in das Innere der Nadel 10 der vorliegenden Erfindung führt zu einer Erhöhung der Zerstreuung der Laserenergie bevor diese mit dem Gewebe in Kontakt kommt. Der vergrößerte Bereich der Nadeloberfläche, im Vergleich zu dem Bereich der Spitze, verringert die Leistungsdichte an der Gewebegrenzfläche außerordentlich. Dies verringert ein Überhitzungsproblem der Grenzfläche zwischen Gewebe und Spitze, das vorhanden ist, wenn eine unbestückte Spitze verwendet wird, während das gleiche Gewebevolumen benutzt wird.
Wenn das geschlossene Ende 16 der Nadel 10 nicht in engem Kontakt mit dem zu bestrahlenden Gewebe oder Fluid steht, kann vor dem geschlossenen Ende 16 der Nadel 10 ein Lufthohlraum vorhanden sein. In Luft ist der Punkt des geschlossenen Endes 16 ein lichtfokussierendes Element, welches einen heißen Punkt vor dem Ende der Nadel erzeugen würde. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, kann, wie in Fig. 2 dargestellt, ein Streukörper 22 angrenzend an das geschlossene Ende 16 der Nadel 10 angeordnet sein. Der Streukörper 22 kann eine von vielen Formen annehmen, wie z. B. eine sphärische Kugel, die aus Kunststoff besteht und mit lichtbrechendem, streuendem Pulver, wie beispielsweise Aluminiumoxid, bestückt ist, oder kann andere Formen annehmen, die zur Energiestreuung geeignet sind. Die exakte Lage des Streukörpers 22 ist nicht kritisch. Der Streukörper 22 bewirkt jedoch, daß die von dem energietransmittierenden Ende 20 der Faser 12 transmittierte Energie zerstreut wird und daß eine Überhitzung des geschlossenen Endes 16 der Nadel 10 vermieden wird. Einen speziellen Streukörper der in Fig. 2 gezeigten Form kann man durch Mischen von 30% Aluminiumoxid in Epoxyharz und Formen des Materials in Kugeln einer geeigneten Größe, z. B. auf ungefähr 1,5 Millimeter im Durchmesser, erhalten.
Fig. 3 stellt die Aufnahme einer alternativen Form eines Streukörpers dar. In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform zerstreut ein Reflektor oder Spiegel 24 die von der Faser 12 transmittierte Energie. Gezeigt ist ein konkaver, ringförmiger Spiegel. Alternative Reflektorformen werden jedoch zu veränderten Abstrahlungsmustern führen. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, daß der Spiegel 24 ein Totalreflektor ist, da ein Teilreflektor, der mit einem zerstreuenden Streukörper in den Spiegelkörper aufgenommen ist, beide Effekte kombinieren wird und eine weniger präzise Positionierung in der Nadel 10 erfordert.
Fig. 4 stellt die Aufnahme eines Streukörpers dar, welcher dafür eingerichtet ist, das energietransmittierende Ende 20 eines Bündels von Fasern 12, 28 und 30 in der Nadel 10 in der richtigen Lage zu halten. Ein Haltestreukörper 26 wird vorzugsweise aus einem optischen Qualitätskunststoff hergestellt, wie z. B. optisches Epoxyharz, welches mit 30 Gewichtsprozent eines lichtbrechenden, streuenden Pulvers, wie Saphirpulver, bestückt ist und so geformt ist, daß das energietransmittierende Ende 20 der Fasern in seinem Kern passend aufgenommen werden können. Wie gezeigt, kann der Haltestreukörper 26 ein verkürzter Zylinder mit Bohrungen sein, die sich teilweise durch seine Mittelachse erstrecken. Die Durchmesser der Bohrungen sind etwas größer als die Durchmesser der Fasern 12, um die Faser 12 in einer konzentrischen Position in dem Haltestreukörper 26 zu halten. Die äußere Oberfläche des Streukörpers 26 ist so konstruiert, daß sie an die innere Oberfläche des zylindrischen Abschnitts der Nadel 10 angrenzt, und seine vordere Seite ist abgeschrägt, um die Laserlichtenergie etwas radial zu verteilen. Wie dargestellt, kann der Haltekörper 26 den Abstandhalter 14 ersetzen, als eine Einrichtung, um die Faser 12 in der Nadel 10 in Position zu halten.
Die Aufnahme eines Bündels von Fasern, welche eine zweite Faser 28 und eine dritte Faser 30 aufweisen, wird durch den Durchmesser der Nadel 10 ermöglicht. Es sollte verstanden werden, daß die Anzahl der aufgenommenen Lichtleitfasern gemäß der gewünschten Verwendung modifiziert werden kann. Die energietransmittierenden Enden der Fasern können auch verschiedene Formen annehmen, wie z. B. flach oder schräg, um den Ausbreitungswinkel der transmittierten Energie zu kontrollieren.
Im Fall eines stark streuenden Gewebes, wird nur eine gleichmäßige Ausbreitung der Energie benötigt (der Inzidenzwinkel wird irrelevant). Fig. 5 stellt die Aufnahme einer Faser 12 mit flachem Ende dar, welche mit einem räumlichen Abstand von dem geschlossenen Ende 16I der Nadel 101 montiert ist. Der Abstand zwischen dem transmittierenden Ende der Faser und dem geschlossenen Ende der Nadel bestimmt die Ausbreitung des Laserstrahls. Durch zurückgesetztes Anordnen des energietransmittierenden Endes 20 der Faser von dem geschlossenen Ende 16 der Nadel 10 wird der Ausbreitungswinkel der tranmittierten Energie erhöht. Das Einbringen von lichtbrechendem, streuendem Material 32, wie z. B. Diamantpulver, in die Wände und in das geschlossene Ende der Nadel 10 dient zur Zerstreuung der von der Faser transmittierten Energie. Das streuende Material 32 kann in die Wände durch Mischen untergebracht werden, bevor die Nadel gebildet wird.
Bezug nehmend auf Fig. 6 wird die Aufnahme einer Linse dargestellt, die an dem energietransmittierenden Ende 20 der Lichtleitfaser 12 angeordnet ist. Eine Divergenz der von der Faser 12 transmittierten Energie kann hervorgerufen werden, indem die Energie mit einer Linse 34 fokussiert wird, die an dem energietransmittierenden Ende 20 der Faser 12 angeordnet ist. In der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist eine sphärische Linse an dem Ende der Faser 12 montiert und wird in dem Inneren der Nadel 10 durch einen Linsenträger 36 in Position gehalten, der aus Teflon gebildet ist und die äußere Oberfläche der Linse 34 mit der Innenwand der Nadel 10 verbindet. Die Linse 34 kann eine sphärische Linse, eine Zerstreuungslinse mit einem hohen Brechungsindex, z. B. aus Saphir, oder irgendeine andere geeignete Linse sein, die in der Lage ist, die Energie aufzuweiten. Wie oben beschrieben, kann der Betrag der Beleuchtung der Nadellänge durch Modifizieren der Position der Linse 34 und des energietransmittierenden Endes 20 der Faser 12 in Bezug zu dem geschlossenen Ende 16 der Nadel 10 verändert werden.
Die Benutzung von Lasertechnologie zur Behandlung von Tumoren erfordert ein Anpassen des erwärmten Volumens an die Größe des Tumors. Dementsprechend muß eine laserlichtdurchlässige Vorrichtung zum Gebrauch bei der Behandlung von Tumoren in der Lage sein, den Anforderungen an eine veränderbare Bestrahlungswellenlänge und damit an eine veränderbare Eindringtiefe der Energie gerecht zu werden. Fig. 7 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, welche eine Umwandlung durch Fluoreszenzfarbstoff ausnutzt, um eine Pumpwellenlänge eines Lasers zu modifizieren. Wie in Fig. 7 dargestellt, wird die Lichtleitfaser 12 in der Nadel 10II durch einen oder mehrere poröse Abstandshalter 14 konzentrisch positioniert. Zur Behandlung von Tumoren sind Laser im blauen oder grünen Bereich bevorzugt, wie z. B. Argonionen-Laser. Eine zur Fluoreszenzumwandlung geeignete Flüssigkeit, wie ein Fluoreszenzfarbstoff 38, wird in dem Inneren der Nadel 10II verteilt. Ein Fluoreszenzfarbstoff in dem Farbbereich vom Orange zum Nahen Infrarot ist bevorzugt. Es kann jedoch jeder geeignete Farbstoff benutzt werden. Obgleich es nicht gezeigt ist, können Zirkulationseinrichtungen zu der laserlichtdurchlässigen Vorrichtung hinzugefügt werden, um die Farbstofflösung durch das Innere der Nadel 10II zum Kühlen des Farbstoffs zirkulieren zu lassen. Ein zusätzlicher Vorteil einer gekühlten Flüssigkeit in der Nadel 10II ist, daß eine bessere Kontrolle über den stationären Zustand des thermischen Profils, welches sich in dem umgebenden Gewebe aufbaut, zur Verfügung gestellt wird, wodurch sowohl die Überhitzung der Grenzfläche zwischen Nadel und Gewebe verhindert wird, als auch der innere Temperaturgradient flach gehalten wird.
Fluoreszenzfarbstoffe sind im allgemeinen karzinogen, wodurch Sicherheitsüberlegungen erforderlich sind, um das Austreten des Farbstoffs 38 aus dem Inneren der Nadel 10 zu verhindern. Zu diesem Zweck wird eine zweite Nadel 40 in Fig. 7 dargestellt. Die zweite Nadel 40 ist ebenfalls aus einem optischen Qualitätskunststoff in einer Konfiguration gestaltet, die ähnlich zu der der Nadel 10 ist. Die zweite Nadel 40 ist jedoch so gestaltet, daß sie die erste Nadel 10II in ihrem Inneren einschließt.
Die Form der zweiten Nadel 40 ist im wesentlichen ein hohler Zylinder mit einem geschlossenen Ende 42. Der Durchmesser der zweiten Nadel 40 ist gegenüber dem Durchmesser der Nadel 10II ausreichend groß, um zu ermöglichen, die erste Nadel 10II im Inneren der zweiten Nadel 40 vollständig aufzunehmen, während ein Zwischenraum zwischen der äußeren Oberfläche der ersten Nadel 10II und der Innenfläche der zweiten Nadel 40 ermöglicht wird (entweder durch eine koaxiale fliegende Lagerung (nicht gezeigt) oder durch einen oder mehrere Abstandhalter). Dadurch stellt die zweite Nadel 40 eine zweite Barriere zwischen dem Fluoreszenzfarbstoff 38, der in dem Inneren der ersten Nadel 10II untergebracht ist, und der Umgebung zur Verfügung. Sicherheitsüberlegungen legen eine Überwachung des Zwischenraums zwischen der ersten Nadel 10II und der zweiten Nadel 40 auf die Erscheinung eines Austritts des Fluoreszenzfarbstoffs nahe.
In alternativen Ausführungsformen für Nadeln, die zur Behandlung von Tumoren geeignet sind, wird ein Energieumwandler eingebracht. Insbesondere wird ein Einsatz 44 eines festen Farbstoffs, angrenzend an das geschlossene Ende der Nadel 10, wie in Fig. 8 dargestellt, gegenüber dem energietransmittierenden Ende 20 der Faser 12 untergebracht, welche durch einen oder mehrere Abstandhalter 14 getragen wird. Der Einsatz 44 des festen Farbstoffs kann viele Formen besitzen, die von der gewünschten Verwendung und dem gewünschten Bereich der Beleuchtung der Nadel 10 abhängen. Solch ein Einsatz kann aus Polymethylmethacrylat (PMMA) oder aus Polyvinylchlorid (PVC) hergestellt sein, welche 0,01 bis 10% des Farbstoffs enhalten, z. B. PMMA mit 1% Rhodamin 6G. Eine alternative Ausführungsform des Farbstoffeinsatzes 44 umfaßt den Zusatz einer Beschichtung eines di-elektrischen Reflektors auf dem Einsatz 44, um die nach innen emittierte Strahlung zurück in das Gewebe zu reflektieren. Eine Kühlung dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann durch die Zirkulation von Luft in dem Inneren der Nadel 10 oder durch die Zirkulation einer Flüssigkeit, wie einer Salzlösung, erzielt werden.
Wie in Fig. 9 dargestellt, kann ein energieumwandelndes Material, wie ein Farbstoff 46, z. B. Rhodamin 6G, in den Wänden und dem geschlossenen Ende der Nadel 10III während der Polymerisation des Kunststoffs ausgebildet werden. Der energieumwandelnde Farbstoff 46 wandelt die Wellenlänge der Energie um, welche aus der Faser 12 transmittiert wird, um ihre Eignung zur Tumorbehandlung zu erhöhen. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in der gleichen Weise, wie in den oben beschriebenen Abschnitten, gekühlt werden.
Bezug nehmend auf die Fig. 10 und 11 werden allgemeinere Strukturen laserlichtdurchlässiger Nadeln vorgesehen. Die Vorrichtung der Fig. 10 ist ähnlich zu der der Fig. 2, vermeidet jedoch den Streukörper 22 der Fig. 2 für jene Anwendungen, bei denen die Kontrolle der angewandten Laserenergie auf niedrigeren Niveaus als mit der Vorrichtung der Fig. 2 liegt, oder bei der eine heiße, nicht zerstreuende Spitze gewünscht wird. Die Vorrichtung der Fig. 11 ist ähnlich zu der der Fig. 4, vermeidet jedoch den Haltestreukörper der Fig. 4. Die vorderen Flächen der einzelnen Fasern sind abgeschrägt.
In Fig. 12 endete die Nadel 10IV bei 16IV offen. Ein fester Stylus 50, z. B. aus Metall, der für eine gleitfähige, enge Passung für das Innere der Nadel 10IV bemessen ist, wird in die Nadel 10IV bewegt, und ermöglicht ein Einführen der Nadel 10 mit offenem Ende, wobei vermieden wird, daß Gewebe oder eine Körperflüssigkeit in die Nadel 10IV gelangt. Nach dem Einführen kann der Stylus 50 zurückgezogen werden und durch entweder eine oder mehrere Lichtleitfasern oder durch ein spezielles Instrument ersetzt werden. Zum Beispiel können Sichtgeräte oder Schneider oder andere Instrumente mit einem klinischen Zweck, wie für Biopsien oder für spektrographische Gewebeanalysen, eingesetzt werden und durch die Nadel zurückgezogen werden. Solche klinischen Prozeduren können vor oder nach einer Hyperthermie-Behandlung des Gewebes durchgeführt werden, indem entweder zuerst die laseroptischen Fasern in die Nadel gesetzt werden, gefolgt durch ein Austauschen mit dem gewünschten Instrument, oder umgekehrt.
Bezug nehmend auf Fig. 13 wird ein Verfahren zur Behandlung einer BPH schematisch gezeigt. Die Lichtleitfaser 52, die Licht von einem Laser empfängt, wird in eine Nadelumhüllung 56 gesetzt. Die Faser-Nadel-Konstruktion 52-56 kann jede der vorhergehend beschriebenen Formen annehmen und wird im Bezug zum Rektum, visuell oder mittels Ultraschall, wie bekannt, geführt. Das Gewebe in einem Bereich 60, welcher die Mitte des Lobus 58 umgibt, wird auf eine Temperatur von ungefähr 45ºC bis 52ºC über eine Zeitdauer von ungefähr einer bis ungefähr 30 Minuten erwärmt. Diese Erwärmung erzeugt eine langsame Nekrose des zentralen Gewebevolumens der Glandula, und abgestorbene Zellen werden letztendlich metabolisiert, wodurch sich die gesamte Masse der Glandula reduziert. Das Verfahren kann für den anderen Lobus 62 wiederholt werden.
Durch Zuführen des Laserlichts durch eine Lichtleitfaser, die mit ihrer Spitze in das Zielgewebe eingesetzt ist, wird der Bereich einer erhöhten Temperatur begrenzt, um die Kapsel der Glandula oder jegliches Gewebe außerhalb der Glandula selbst zu entfernen. Die Benutzung einer nadelumgebenden Struktur nach irgendeiner der vorhergehenden Figuren dient dazu, dieses Verfahren sicher und effizient bei minimalen Nebenwirkungen zu machen.
Die Nadel kann mit Oberflächen-Thermoelementen mit Kabeln, die durch das Innere geführt werden, ausgestattet sein. Zusätzlich kann eine fluoroskopische Verfolgung durch das Hinzufügen von Markern ermöglicht werden, die aus einem geeigneten Material bestehen und auf die Außenseite der Nadel 10 distal zu dem Strahlungsbereich aufgebracht werden. Eine symmetrische Energieabgabe kann durch Hinzufügen von Spiegelstreifen zu der Innenwand der Nadel erreicht werden, wo sie gekühlt werden können. Schließlich kann das Hinzufügen einer Überwachung für zurückkommendes Licht zu der laserlichtdurchlässigen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung aufgenommen werden, um ein scharfes Anwachsen der Energie aus der Faser zu detektieren, was einen Faserbruch anzeigen würde.

Claims

1. Vorrichtung zum Transmittieren von Laserstrahlung zu einem Gewebe, die folgendes umfaßt:

eine Quelle für Laserstrahlung (54),

eine hohle Nadel (10), die einen Schaft und eine geschlossene vordere Spitze (16) besitzt, wobei die Nadel sich an der vorderen Spitze (16) verjüngt, so daß sie imstande ist, nach einem interstitiellen Einführen Gewebe zu penetrieren,

wenigstens eine Lichtleitfaser (12) innerhalb der inneren Oberfläche der Nadel, die von dieser inneren Oberfläche beabstandet ist, wobei sich die Faser in einen penetrierenden Abschnitt der Nadel erstreckt und dafür eingerichtet ist, Laserstrahlung von einem vorderen Ende (20) nahe des penetrierenden Abschnitts der Nadel zu transmittieren, und an einem hinteren Ende mit der Laserquelle verbunden ist, und

eine Flüssigkeit (38), die sich in der Nadel (10) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel für Laserstrahlung transparent ist und mit einer Einrichtung zum Transmittieren von Laserstrahlung von dem Abschnitt des Schafts, der sich von der vorderen Spitze nach hinten zum vorderen Ende (20) der Faser (12) erstreckt, versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Laserquelle (54) dafür eingerichtet ist, Laserstrahlung einer Intensität zu erzeugen, die dafür ausreicht, eine Nekrose in Gewebe (60) hervorzurufen, welches die Nadel (10) umgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Laserquelle (54) dafür eingerichtet ist, Laserstrahlung einer Intensität zu erzeugen, die dafür ausreicht, die Temperatur an der äußeren Oberfläche der Nadel (10) auf einen Wert in dem Bereich von 45ºC bis 52ºC zu erhöhen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche einen Abstandshalter (14) enthält, um die Faser (12) in der Nadel (10) axial zu halten.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Faser (12) an ihrem vorderen Ende (20) eine zerstreuende Spitze (18) enthält, wobei die zerstreuende Spritze dafür eingerichtet ist, die von der Faser (12) transmittierte Strahlung zu zerstreuen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche einen Streukörper (22, 24) umfaßt, der nahe der geschlossenen vorderen Spitze (16) der Nadel (10) positioniert ist und der dafür eingerichtet ist, die von der Faser (12) transmittierte Energie zu zerstreuen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Streukörper (22) sphärisch ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Streukörper ein Reflektor (24) ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der ein zerstreuender Abstandshalter (26) nahe der geschlossenen vorderen Spitze (16) der Nadel (10) positioniert ist, um die Faser (12) darin axial zu halten, und der dafür eingerichtet ist, die von der Faser (12) transmittierte Strahlung zu zerstreuen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die geschlossene vordere Spitze (16) der Nadel (10) ein lichtbrechendes Streumaterial (32) enthält, welches dafür eingerichtet ist, die von der Faser (12) transmittierte Energie zu zerstreuen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das lichtbrechende Streumaterial (32) in den Seitenwänden der Nadel (10) positioniert ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der eine Linse (34) an dem vorderen Ende (20) der Faser (12) positioniert ist, um die von der Faser (12) transmittierte Strahlung zu zerstreuen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Linse (34) sphärisch ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Linse (34) eine Zerstreuungslinse mit einem hohen Brechungsindex ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die auf der Oberfläche des besagten Abschnitts des Nadelschafts erzeugbare Strahlungsdichte im wesentlichen gleichmäßig ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Nadel eine laserlichtdurchlässige Nadel ist und bei der im Gebrauch Laserstrahlung von dem Abschnitt des Schafts und der geschlossenen vorderen Spitze der Nadel transmittiert wird.