NL1004851C2 - Inrichting en werkwijze voor het ablateren van organisch weefsel door middel van warmtepulsen opgewekt door korte elektromagnetische stralingspulsen. - Google Patents

Description

Inrichting en werkwijze voor het ablateren van organisch weefsel door middel van warmtepulsen opgewekt door korte elektromagnetische stralingspulsen.

De uitvinding heeft allereerst betrekking op een in-5 richting voor het ablateren, dan wel verwijderen, van organisch weefsel door middel van warmtepulsen opgewekt door korte elektromagnetische stralingspulsen, welke inrichting een geleidings-systeem omvat voor het geleiden van de stralingspulsen.

10 Een bekende inrichting voor het op de aangegeven wijze ablateren van organisch weefsel omvat een catheter die laserenergie levert. De voornaamste geneeskundige toepassing is het verwijderen van atherosclerotische plaque in de kransslagader of in perifere slagaders ten einde de ongehin-15 derde bloedtoevoer naar het betreffende orgaan - het hart, de beenspieren of dergelijke - te herstellen.

De directe verwijdering van weefsel door middel van een laser is gebaseerd op de transformatie van de, door het weefsel geabsorbeerde, stralingsenergie van de laser in 20 warmte. De geïnduceerde warmte doet het water van het weefsel verdampen. Gewoonlijk wordt een pulserende laser toegepast.

Het gebruik van een pulserende laser is gebaseerd op het principe dat, indien de pulsduur voldoende kort is zodat 25 de warmtediffusie gedurende de laserpuls te verwaarlozen is, het maximum percentage van de geïnduceerde warmte gebruikt zal worden voor de verdamping van water. Dit leidt er toe, dat de thermische beschadiging van het resterende weefsel minimaal zal zijn. De duur van de laserpulsen ligt gewoon-30 lijk in de orde van grootte van 10 ns tot 1 ms.

Bij veel toepassingen worden optische lichtgeleiders, zoals in de vorm van kwarts- of glasvezels, gebruikt voor het richten van de laserstraling op het pathologische weefsel. Deze geleiders worden gewoonlijk opgenomen in catheters 35 die gemakkelijk in het menselijk lichaam kunnen worden gebracht met de gebruikelijke klinische technieken. Het voorste einde van de inrichting waardoor de laserstraling wordt uitgezonden, wordt gewoonlijk in aanraking met het weefsel i V' ‘-w 1 2 gebracht waarna de laserpulsen worden opgewekt. Tijdens het opwekken van de laserpulsen wordt weefsel verwijderd terwijl de inrichting langzaam wordt voortbewogen.

De typen lasers die gewoonlijk worden gebruikt zijn 5 ultraviolet -UV- of infrarood -IR- lasers zoals de excimeer-lasers en de Ho:YAG laser. Slechts deze lasers leveren in de meeste organische weefsels een beperkte penetratie-diepte op in de orde van grootte van 1 tot 300 μιη. Zichtbaar licht uitzendende lasers tonen penetratie-diepten in de orde van 10 grootte van 1 tot 10 mm. Dit brengt met zich mee dat wanneer de waterverdamping wordt geïnduceerd door een zichtbare laser-puls een grote zone onder het verdampingsgebied wordt verwarmd, wat leidt tot zijdelingse beschadiging van het weefsel. Ook neemt de dichtheid van de pulsenergie die nood-15 zakelijk is voor het opwekken van de waterverdamping toe met de penetratie diepte. Dit brengt met zich mee dat de ener-giedichtheid van de zichtbare laserpuls vele malen groter moet zijn dan de energiedichtheid van UV of IR laserpulsen. Deze energiedichtheden kunnen niet worden verkregen met de 20 gebruikelijke zichtbare lasers.

Met de UV of IR lasers kunnen voldoende energiedichtheden van de pulsen worden bereikt, echter ten koste van complexe en dure inrichtingen. Deze eigenschappen beperken een brede toepassing van deze systemen in de gebruikelijke 25 medische praktijk. Tevens gaat het gebruik van UV lasers in de angioplastiek gepaard met weefsel-beschadiging ten gevolge van de, door fotodissociatie veroorzaakte, vorming van onoplosbaar gas, wat inherent is aan het gebruik van deze lasers. Hierdoor wordt het gebruik van een dergelijk systeem 30 voor therapeutische doeleinden verder beperkt.

Het doel van de uitvinding is nu het wegnemen van de noodzaak pulserende UV of IR lasers roet een hoge energiedichtheid te gebruiken.

Volgens de uitvinding wordt dit bereikt doordat de in-35 richting is gekenmerkt, door de aanwezigheid van een dunne laag uit een materiaal dat elektromagnetische-straling gedeeltelijk of geheel absorbeert en de geabsorbeerde straling omzet in warmte, welke laag bij het gebruik van de inrichting nabij het te ablateren weefsel wordt gebracht.

3

Hierdoor zal de warmte-opwekking in het weefsel minder afhankelijk of geheel onafhankelijk worden van de golflengte of golflengten van de gebruikte pulserende lichtbron.

Dit maakt het gebruik mogelijk van relatief goedkope 5 pulserende lichtbronnen zoals flits-lampen, diode laser systemen of pulserende microgolf-bronnen. Ook zal het ontstaan van onoplosbaar gas worden gereduceerd of geëlimineerd, wat zal leiden tot minder trauma aan het resterend weefsel in vergelijking met het gebruik van de bekende UV 10 laser systemen.

De genoemde laag materiaal absorbeert dus geheel of gedeeltelijk UV, zichtbaar en/of IR elektromagnetische straling, in het algemeen aangeduid als "licht".

Volgens een uitwerking van de uitvinding zal de op de 15 inrichting aanwezige dunne laag zich bevinden op een deel van het optische lichtgeleidings-systeem en wel op de plaats waar het licht het stelsel zou verlaten bij het ontbreken van de genoemde laag.

Bij het gebruik van de inrichting volgens de uitvinding 20 zal in het bijzonder zodanig te werk worden gegaan, dat de absorberende laag in aanraking komt met het te ablateren organische weefsel.

De absorberende laag wordt daarbij bestraald met pulserend UV, zichtbaar en/of IR licht dat in het tegenover het 25 van de absorberende laag voorziene deel van het optische lichtgeleidings-systeem is gebracht en door het systeem aan de laag wordt toegevoerd.

Het geabsorbeerde licht wordt omgezet in warmte die door geleiding gedeeltelijk wordt overgebracht op het weef-30 sel dat in aanraking is met de absorberende laag. De laag zorgt er voor, dat de verwijdering van het weefsel door middel van licht minder afhankelijk of geheel onafhankelijk wordt van de golflengte van het gebruikte licht.

De pulserende energiebron kan ook microgolf-straling 35 zijn in welk geval het lichtgeleidings-systeem niet een optische vezel zal zijn maar een microgolf-geleidings-ele-ment zoals een holle geleider of een co-axiaal kabel. Het lichtgeleidings-systeem kan dus bestaan uit één of meer optische vezels dan wel microgolf-geleidings-elementen zoals 4 holle geleiders of co-axiaal kabels.

De temperatuur van het weefsel moet voldoende worden verhoogd om verdamping van een deel van de weefsel-vloeistof te veroorzaken. De dikte van de absorberende laag moet zoda-5 nig zijn, dat de warmteoverdracht in het weefsel van pulserende aard blijft, dat wil zeggen dat de tijd van de temperatuurstijging kort moet zijn in vergelijking met de tijd om een aanmerkelijke expansie van de ontstane waterdamp op te wekken. Als vuistregel moet de tijd van de temperatuurstij-10 ging in de orde van grootte van 1 tot 100 με zijn.

De resulterende dampexpansie leidt tot plaatselijke verwijdering van weefsel. De stralingspulsen kunnen worden herhaald voor het verkrijgen van de gewenste diepte waarover weefsel moet worden verwijderd. De temperatuurstijging van 15 het weefsel door een enkele lichtpuls kan in bepaalde gevallen onvoldoende zijn om waterverdamping op te wekken. Er kan dan echter gewerkt worden met een aantal opeenvolgende pulsen.

De dunne laag kan uit elk materiaal bestaan dat de pul-20 serende straling absorbeert en zijn samenhang behoudt en aan het lichtgeleidings-systeem vast blijft zitten tijdens en na het opwekken van stralingspulsen. De laag kan op het lichtgeleidings-systeem worden vastgezet door lijmen, opdampen of op enige andere wijze.

25 De absorberende laag kan tevens worden gevormd door modificatie van de absorptie-eigenschappen van het materiaal van het lichgeleidings-systeem door middel van chemische reacties, kleuren , diffusie van absorberende stoffen, insluiting van absorberende stoffen zoals bijvoorbeeld koolstof, 30 middels ionen-implantatie of lokaal smelten van het materiaal of op enige andere wijze.

Zo bestaat de mogelijkheid de laag aan te brengen op een venster, een hol element, een kap of een dergelijke element, dat op het uiteinde van het lichtgeleidings-systeem 35 wordt vastgezet.

De lichtbron kan zowel een pulserend lasersysteem zijn als een pulserende lichtbron met een breed golflengte gebied. Wanneer een laser wordt gebruikt kunnen de absorptie-eigenschappen van de laag optimaal worden gemaakt voor de -f3 51 5 golflengte van de laser. Het laserlicht kan op elke bekende wijze in het uiteinde van het lichtgeleidings-systeem worden gebracht. Daar het weefsel-verwijderings effect niet meer afhankelijk is van een specifieke golflengte van de laser, 5 kan elk pulserend laser-systeem met geschikt vermogen en pulsduur, zoals bijvoorbeeld relatief goedkope diode laser-systemen worden gebruikt die uitzenden in de golflengten van het UV gebied, van zichtbaar licht of van het IR gebied.

Wanneer de absorberende laag straling over een breed 10 golflengte-gebied kan absorberen, kan een lichtbron worden gebruikt die elektromagnetische straling over een breed golflengte-gebied uitzendt. Op deze wijze is geen laser-systeem nodig maar kunnen relatief goedkope pulserende lichtbronnen worden gebruikt zoals flits-lampen. Hierdoor 15 kan worden afgezien van het gebruik van complexe en dure laser-systemen zoals deze momenteel in de medische praktijk worden toegepast terwijl de inrichtingen ook goedkoper zijn dan de diode-laser-systemen.

Lichtgeleidings-systemen met een boven beschreven ab-20 sorberende laag kunnen worden opgenomen in catheters of ge-leidings-draden bestemd om ongewenste obstructies op willekeurige plaatsen in het menselijk lichaam te verwijderen wanneer dergelijke plaatsen met de bewuste inrichtingen kunnen worden bereikt en met de absorberende laag in contact 25 kunnen worden gebracht. In het bijzonder, maar niet uitsluitend, kunnen de inrichtingen worden toegepast voor coronaire of perifere angioplastiek.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het ablateren van organisch weefsel, welke werkwijze 30 daardoor is gekenmerkt, dat tussen een geleider voor pulserende elektromagnetische straling en een te ablateren weefsel een laag wordt aangebracht uit een materiaal dat de elektromagnetische straling absorbeert.

Daarbij wordt er in het bijzonder in voorzien, dat de 35 laag uit het materiaal dat de elektromagnetische straling absorbeert tegen het te ablateren weefsel aan wordt gelegd.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van uitvoerings-voorbeelden getoond in de tekening, waarin:

Fig. 1 schematisch de algemene kenmerken toont van de . :si 6 uitvinding;

Fig. 2 aangeeft hoe de absorberende laag volgens de uitvinding wordt gebruikt bij het verwijderen van weefsel;

Fig. 3-6 uitvoeringsvormen tonen van inrichtingen 5 waarbij de uitvinding is toegepast.

Fig. 1 toont een lichtgeleider 1, gewoonlijk bestaande uit een kern 2 van glas of siliciumdioxide met een bekleding 3, welke geleider aan zijn einde is voorzien van een laag 4 die het licht 6 geheel of gedeeltelijk kan absorberen. Het 10 licht 6 wordt in de lichtgeleider 1 gebracht bij het andere einde 5 daarvan. De diameter van de kern 2 is in de orde van grootte van 50 μπι tot 1 mm maar is daartoe niet beperkt.

De dikte van de laag 4 zal liggen in de orde van grootte van enkele nm tot enkele μπι. Het zal dus duidelijk zijn 15 dat de figuren 1 tot 6 niet op schaal zijn.

Fig. 2 toont hoe de laag 4 wordt gebruikt voor het verwijderen van weefsel 7. Pulserend licht 6 wordt geleid door de lichtgeleidende kern 2 en blijft opgenomen in de kern door de bekleding 3. Het licht 6 valt op de absorberende 20 laag 4 die in aanraking is met het weefsel 7. Het geabsorbeerde licht wordt omgezet in warmte in de laag 4 en deze warmte zal gedeeltelijk in het weefsel 7 diffunderen, waardoor waterdamp 8 ontstaat. De expansie van de waterdamp 8 leidt tot verwijdering van het weefsel dat in aanraking is 25 met de laag 4.

Een inrichting volgens de uitvinding voor het op de aangegeven wijze verwijderen van weefsel, kan een enkele lichtgeleider omvatten zoals getoond in fig. 1, maar ook een bundel van lichtgeleiders voor het vergroten van de flexibi-30 liteit zoals dit noodzakelijk kan zijn bij een catheter voor coronaire angioplastiek. In de volgende figuren zijn daarvan enkele mogelijkheden getoond. Daarin zijn overeenkomstige onderdelen met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid.

Fig. 3 toont een bundel lichtgeleiders 1, die door een 35 vatting 9 bij elkaar worden gehouden. De vatting 9 kan bestaan uit een epoxyhars of een dergelijk geschikt materiaal. Er zijn vier lichtgeleiders getoond maar uiteraard kan de inrichting een ander aantal geleiders in verschillende opstelling omvatten. De vooreinden van de lichtgeleiders 1 . . b i 7 zijn voorzien van een dunne laag 4, die geschikt is voor het volledig of gedeeltelijk absorberen van het licht 5 dat aan het andere einde van de geleiders wordt toegevoerd. Indien dit uit het oogpunt van fabricage gewenst is kunnen de lagen 5 4 worden aangebracht over het gehele oppervlak waar de geleidingsdraden eindigen, dat wil zeggen dat de laag zich ook uit kan strekken over de plaatsen tussen de lichtgelei-ders in.

Fig. 4 toont een bundel lichtgeleiders 1 waarvan de 10 uiteinden zijn verbonden met een venster 10 uit glas of si-liciumdioxide. Hierbij zijn de uiteinden van de lichtgeleiders niet voorzien van een dunne laag. De dikte van het venster 10 is zodanig gekozen dat de divergerende lichtstralen 11, uitgezonden door de uiteinden van de lichtgeleiders, el-15 kaar bij het afvoereinde van het venster overlappen. Dit resulteert in een continue lichtverdeling bij het afvoereinde. Het afvoereinde van het venster 10 is voorzien van een dunne laag 4, die in staat is de elkaar overlappende lichtstralen 11 geheel of gedeeltelijk te absorberen. Bij deze inrichting 20 bestaat de mogelijkheid weefsel te verwijderen over het gehele oppervlak dat wordt bestreken door de elkaar overlappende lichtstralen 11.

De fig. 5 en 6 tonen inrichtingen die in hoge mate overeenkomen met de inrichting volgens fig. 4. In fig. 5 25 wordt een hol element 12 gebruikt om er voor te zorgen dat de lichtstralen 11 elkaar overlappen. De uiteinden van de lichtgeleiders, die niet van een aanvullende laag zijn voorzien, zijn bevestigd aan het er bij liggende oppervlak van het holle element 12. Het afvoereinde van het holle ele-30 ment 12 is weer voorzien van een dunne laag 4 die in staat is de elkaar overlappende lichtstralen 11 geheel of gedeeltelijk te absorberen.

Bij de inrichting volgens fig. 6 wordt gebruik gemaakt van een kap 13 uit glas of siliciumdioxide om er voor te 35 zorgen dat de lichtstralen 11 elkaar overlappen. Het afvoereinde van de kap 13 is voorzien van een dunne laag 4 die in staat is de elkaar overlappende lichtstralen 11 geheel of gedeeltelijk te absorberen. De kap 13 moet op zodanige wijze aan de bundel lichtgeleiders worden bevestigd, dat geen ver- 8 vuiling van enige soort terecht kan komen in het gebied tussen de einden van de lichtgeleiders en de kap.

Bij zowel de uitvoeringsvorm van fig. 5 als die van fig. 6 kan het gebied tussen de einden van de lichtgeleiders 5 en het van de laag 4 voorziene oppervlak worden gevuld met een willekeurige substantie die geen licht absorbeert, met inbegrip van lucht.

Bij alle uitvoeringsvormen wordt een pulserende lichtbron 5 aangebracht bij die uiteinden van de lichtgeleiders, 10 die liggen tegenover de bij de laag 4 liggende einden.

Bij de getoonde inrichtingen zijn een zeker aantal lichtgeleiders weergegeven maar de inrichtingen kunnen ook slechts één lichtgeleider omvatten of andere aantallen lichtgeleiders die in een willekeurig patroon kunnen zijn 15 opgesteld. Alle inrichtingen waarbij meer lichtgeleiders worden toegepast maken een centrale of excentrische lumen mogelijk waar omheen de lichtgeleiders 1 zijn gegroepeerd en welke eindigen bij de uitlaateinden van de inrichtingen. Hierdoor is het gebruik mogelijk van een geleidingsdraad 20 zoals dit een geaccepteerde methode is in bijvoorbeeld de interventionele cardiologie.

Het zal duidelijk zijn, dat slechts enkele mogelijke uitvoeringsvormen van een inrichting volgens de uitvinding in de tekening zijn weergegeven en hierboven beschreven en 25 dat vele wijzigingen kunnen worden aangebracht zonder buiten de uitvindingsgedachte te vallen, zoals deze in de onderstaande conclusies is aangegeven.

conclusies -:351

Claims (11)

1. Inrichting voor het ablateren, dan wel verwijderen, van organisch weefsel (7) door middel van warmtepulsen opgewekt door korte elektromagnetische stralingspulsen, welke inrich- 5 ting een geleidings-systeem (1) omvat voor het geleiden van de stralingspulsen en is gekenmerkt, door de aanwezigheid van een dunne laag (4) uit een materiaal dat elektromagneti-sche-straling geheel of gedeeltelijk absorbeert en de geabsorbeerde straling omzet in warmte, welke laag (4) bij het 10 gebruik van de inrichting nabij het te ablateren weefsel (7) wordt gebracht.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voor het opwekken van pulserende elektromagnetische straling gebruik wordt gemaakt van pulserende lichtbronnen zoals 15 flits-lampen, pulserende lasersystemen of pulserende microgolf bronnen (5).

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de dunne laag (4) uit absorberend materiaal zich bevindt op een deel van het optische lichtgeleidings-systeem en wel 20 op de plaats waar het licht het systeem zou verlaten bij het ontbreken van de genoemde laag (4).

4. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het lichtgeleidings-systeem bestaat uit één of meer optische vezels (l) dan wel microgolf-geleidings- 25 elementen zoals holle geleiders of co-axiaal kabels.

5. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de dunne laag (4) bestaat uit een materiaal dat de pulserende straling absorbeert en zijn samenhang behoudt en aan het lichtgeleidings-stelsel (1) vast blijft 30 zitten tijdens en na het opwekken van stralingspulsen.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de laag (4) op het lichtgeleidings-stelsel (1) is vastgezet door lijmen, opdampen of op enige andere wijze. - 1

7. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de laag (4) uit absorberend materiaal wordt gevormd door modificatie van de absorptie-eigenschappen van het materiaal van het lichtgeleidings-systeem, door middel van chemische reac- 5 ties, kleuren, diffusie van absorberende stoffen, insluiting van absorberende stoffen middels ionen-implantatie of lokaal smelten van het materiaal, of op enige andere wijze.

8. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de laag (4) uit absorberend materiaal wordt 10 aangebracht op een, op het uiteinde van het lichtgeleidings-stelsel vastgezet, venster (10), een hol element (12), een kap (13) of een dergelijk element.

9. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, tiet het kenmerk, dat de direct of indirect van de absorberende 15 laag (4) voorziene lichtgeleiders (1) zijn opgenomen in catheters of geleidings-draden bestemd om ongewenste obstructies op willekeurige plaatsen in het menselijk lichaam te verwijderen.

10. Werkwijze voor het ablateren van organisch weefsel, 20 met het kenmerk, dat tussen een geleidings-systeem (1) voor pulserende elektromagnetische straling en het te ablateren weefsel (7) een laag (4) wordt aangebracht uit een materiaal dat elektromagnetische straling geheel of gedeeltelijk absorbeert en omzet in warmte. 1 31

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de laag (4) uit het materiaal dat de elektromagnetische straling absorbeert tegen het te ablateren weefsel (7) aan wordt gelegd.