PL218905B1

PL218905B1 - Device for invasive treatment with laser and ultrasonic beam

Info

Publication number: PL218905B1
Application number: PL392783A
Authority: PL
Inventors: Elżbieta Bereś-Pawlik; Tadeusz Gudra; Sylwia Muc
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2015-02-27
Also published as: PL392783A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do inwazyjnego leczenia wiązką laserową i ultradźwiękową, przeznaczone do stosowania, jako nóż chirurgiczny w chirurgii tkanki miękkiej.The present invention relates to an invasive laser beam and ultrasound beam treatment device intended to be used as a surgical knife in soft tissue surgery.

Sposób i układ do leczenia inwazyjnego lub diagnostyki endoskopowej z wykorzystaniem ultradźwięków i lasera znany jest opisu patentowego USA nr US6238386, w którym energia ultradźwiękowa ze źródła dźwięku i promieniowanie laserowe z lasera terapeutycznego, przesyłane są równocześnie urządzeniem endoskopowym za pomocą światłowodów elastycznych do wnętrza ciała. Energia dźwięku, zakres częstotliwości i moc jest odpowiednia do cięcia tkanek, a laser terapeutyczny działa najlepiej w bliskiej podczerwieni. W układzie endoskopowym stosuje się światłowody wykonane z kwarcowych włókien szklanych, które mogą jednocześnie przenosić energię ultradźwiękową i energię świetlną.A method and system for invasive treatment or endoscopic diagnostics using ultrasound and laser is known from US Patent No. 6,238,386, in which ultrasound energy from a sound source and laser radiation from a therapeutic laser are simultaneously transmitted with an endoscopic device through flexible optical fibers to the interior of the body. The sound energy, frequency range, and power are adequate for cutting tissues, and the therapeutic laser works best in near-infrared light. The endoscopic system uses optical fibers made of quartz glass fibers, which can simultaneously transmit ultrasonic energy and light energy.

Endoskop z wiązką laserową i ultradźwiękową przesyłaną za pomocą światłowodów znany z europejskiego opisu wynalazku nr EP0746233 przeznaczony jest do usuwania laserem blaszki miażdżycowej, przy czym włókno optyczne przenosi obrazowy sygnał ultradźwiękowy i leczącą energię lasera. Endoskop ten, ma co najmniej jedno włókno optyczne, z których każde przekazuje jednocześnie sygnał ultradźwiękowy i wiązkę lasera, przy czym w wiązce wielu włókien ułożonych w jednym pakiecie lub wielu włókien ułożonych w kilka pakietów, każde włókno optyczne podłączone jest zarówno do przetworników ultradźwiękowych jak i do lasera. Ponadto endoskop wyposażony jest w sprzęgacze w kształcie litery Y, które łączą włókna światłowodowe, dzięki czemu energia ultradźwięków i wiązki laserowej może być prowadzona kilkoma światłowodami i łączona z głównym włóknem tuż przed obszarem, który jest w trakcie leczenia.An endoscope with a laser beam and an ultrasound transmitted by optical fibers known from the European specification No. EP0746233 is intended for laser removal of atherosclerotic plaque, the optical fiber transmitting the ultrasound imaging signal and healing the laser energy. This endoscope has at least one optical fiber, each of which transmits simultaneously an ultrasonic signal and a laser beam, where in a bundle of many fibers arranged in one bundle or of many fibers arranged in several bundles, each optical fiber is connected to both the ultrasonic transducers and the laser beam. to the laser. In addition, the endoscope is equipped with Y-shaped couplers that connect the optical fibers, so that the energy of the ultrasound and the laser beam can be guided through several optical fibers and connected to the main fiber just in front of the area under treatment.

W publikacji J. Tchepe, K. Desinger, G. Miiller, T. Stein: Laser ultrasound surgical therapy, Ultrasonic World Congress 1995, D1 4224256 8, przedstawione jest urządzenie, w którym wiązka światła i wiązka ultradźwiękowa wprowadzane są do światłowodu z wykorzystaniem szczeliny powietrznej.In the publication of J. Tchepe, K. Desinger, G. Miiller, T. Stein: Laser ultrasound surgical therapy, Ultrasonic World Congress 1995, D1 4224256 8, a device is presented in which a light beam and an ultrasound beam are introduced into an optical fiber using a slit airborne.

Istota urządzenia według wynalazku, polega na tym, że wyposażone jest w sprzęgacz światłowodowy w kształcie litery X, zwierający cztery ramiona, przy czym do czwartego ramienia podłączony jest przetwornik ultradźwiękowy zasilany z generatora poprzez wzmacniacz, do trzeciego ramienia podłączony jest poprzez detektor, oscyloskop, do pierwszego ramienia podłączone jest źródło światła laserowego, natomiast drugie ramię stanowi narzędzie chirurgiczne.The essence of the device according to the invention consists in the fact that it is equipped with an X-shaped fiber optic coupler with four arms, an ultrasonic transducer powered from a generator via an amplifier is connected to the fourth arm, connected to the third arm through a detector, an oscilloscope, the first arm is connected to a laser light source, and the second arm is a surgical instrument.

Korzystnie, do trzeciego ramienia podłączony jest miernik mocy optycznej.Preferably, an optical power meter is connected to the third arm.

Korzystnie, źródłem światła laserowego jest dioda laserowa.Preferably, the laser light source is a laser diode.

Korzystnym jest, gdy sprzęgacz światłowodowy wykonany jest z połączonych przez spawanie dwóch światłowodów, przy czym w miejscu wykonania połączenia spawanego światłowody są zeszlifowane bocznie, albo sprzęgacz światłowodowy wykonany jest przez skręcenie dwóch światłowodów, albo sprzęgacz światłowodowy wykonany jest z czterech światłowodów połączonych soczewkami.It is advantageous when the optical fiber coupler is made of two optical fibers joined by welding, and the optical fibers are laterally ground at the place where the welded connection is made, or the optical coupler is made by twisting two optical fibers, or the optical coupler is made of four optical fibers connected by lenses.

Urządzenie według wynalazku, rozwiązuje problem jednoczesnej transmisji fal ultradźwiękowej i świetlnej i ich wzajemnego oddziaływania, co pozwala na uzyskanie narzędzia chirurgicznego przeznaczonego do fragmentacji tkanek biologicznych. Fragmentacja tkanek następuje na skutek powstania obszaru podciśnienia wywołanego drganiami końcówki światłowodowego narzędzia chirurgicznego. Zastosowany napęd narzędzia chirurgicznego w postaci przetwornika ultradźwiękowego pozwala na zwiększenie powierzchni rozrywanej tkanki oraz unikanie przecięcia większych naczyń krwionośnych, jednocześnie zastosowana wiązka światła laserowego o dużej mocy, powoduje cięcie i koagulację ciętych tkanek, ze znacznym zmniejszeniem krwawienia podczas zabiegów chirurgicznych.The device according to the invention solves the problem of simultaneous transmission of ultrasonic and light waves and their interaction, which allows to obtain a surgical instrument intended for the fragmentation of biological tissues. Tissue fragmentation occurs as a result of the formation of a negative pressure area caused by vibrations at the tip of a fiber optic surgical instrument. The applied drive of the surgical tool in the form of an ultrasonic transducer allows to increase the surface of the torn tissue and to avoid cutting larger blood vessels, while the high-power laser beam used simultaneously causes cutting and coagulation of the cut tissues, with a significant reduction in bleeding during surgical procedures.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do inwazyjnego leczenia wiązką laserową i ultradźwiękową, fig. 2 - sprzęgacz światłowodowy wykonany z dwóch światłowodów przez spawanie, fig. 3 - sprzęgacz światłowodowy wykonany jest przez skręcenie dwóch światłowodów, a fig. 4 - sprzęgacz światłowodowy wykonany jest z czterech światłowodów połączonych soczewkami.The subject of the invention is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a device for invasive treatment with a laser and ultrasound beam, Fig. 2 - optical fiber coupler made of two optical fibers by welding, Fig. 3 - optical fiber coupler is made by twisting two optical fibers, and Fig. 4 - the optical fiber coupler is made of four optical fibers connected by lenses.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Urządzenie do inwazyjnego leczenia wiązką laserową i ultradźwiękową wyposażone jest w sprzęgacz światłowodowy SP w kształcie litery X, zwierający cztery ramiona R1, R2, R3, R4. Sprzęgacz światłowodowy SP wykonany jest z połączonych przez spawanie dwóch światłowodów, przy czym w miejscu wykonania połączenia spawanego światłowody są zeszlifowane bocznie. Do czwartego ramienia R4 jest podłączony przetwornik ultradźwiękowy PU zasilany z generatora GE poprzez wzmacniacz WZ, do trzeciego ramienia R3 podłączony jest poprzez detektor DE, oscyloskop OS, do pierwPL 218 905 B1 szego ramienia R1 podłączone jest źródło światła ZS laserowego, natomiast drugie ramię R2 stanowi narzędzie chirurgiczne. Przetwornik ultradźwiękowy PU jest przetwornikiem typu sandwich, i zaopatrzony w światłowód stanowiący czwarte ramię R4, do którego wprowadzana jest wiązka ultradźwiękowa.The device for invasive laser and ultrasound beam treatment is equipped with an X-shaped SP fiber coupler with four arms: R1, R2, R3, R4. The SP fiber optic coupler is made of two optical fibers joined by welding, with the optical fibers laterally ground at the place where the welded connection is made. To the fourth R4 arm is connected the PU ultrasonic transducer powered from the GE generator through the WZ amplifier, to the third arm R3 is connected through the detector DE, OS oscilloscope, to the first PL 218 905 B1 arm is connected a laser light source ZS, while the second arm R2 is surgical tool. The PU ultrasonic transducer is a sandwich transducer, and is provided with an optical fiber constituting the fourth R4 arm to which the ultrasound beam is inserted.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

Urządzenie do inwazyjnego leczenia wiązką laserową i ultradźwiękową wykonane jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że do trzeciego ramienia R3 podłączony jest miernik mocy optycznej MR, źródłem światła ZS laserowego jest dioda laserowa, a sprzęgacz światłowodowy SP wykonany jest przez skręcenie dwóch światłowodów.Invasive laser and ultrasound beam treatment device made as in the first example, with the difference that the MR optical power meter is connected to the third R3 arm, the laser diode is the laser light source ZS, and the SP fiber coupler is made by twisting two optical fibers.

P r z y k ł a d 3P r z k ł a d 3

Urządzenie do inwazyjnego leczenia wiązką laserową i ultradźwiękową wykonane jak w przykładzie pierwszym albo drugim z tą różnicą, że sprzęgacz światłowodowy SP wykonany jest z czterech światłowodów połączonych soczewkami SO.The device for invasive treatment with a laser and ultrasound beam, made as in the first or second examples, with the difference that the SP optical fiber coupler is made of four optical fibers connected by SO lenses.

Po wprowadzeniu pierwszego ramienia R1 sprzęgacza światłowodowego SP wiązki świetlnej, a do czwartego ramienia R4 wiązki ultradźwiękowej, w wyniku wzajemnego oddziaływania obu fal w sprzęgaczu SP, następuje modyfikacja propagacji wiązki świetlnej. Wiązka ultradźwiękowa powoduje powstanie cyklicznych zmian współczynnika załamania w rdzeniach światłowodów sprzęgacza SP w wyniku czego, w światłowodzie zachodzi interferencja wiązek światła i ultradźwiękowej. W detektorze DE połączonym z wyjściem trzeciego ramienia R3, detekowany jest zmodulowany sygnał optyczny i obserwowany na oscyloskopie OS, ewentualnie mierzona jest średnia wartość mocy optycznej miernikiem MR. W urządzeniu stosuje się sprzęgacze SP wykonane ze światłowodów grubych oraz źródła światła dużej mocy.After the introduction of the first arm R1 of the optical fiber coupler SP of the light beam, and the fourth arm R4 of the ultrasonic beam, as a result of the interaction of both waves in the coupler SP, the light beam propagation is modified. The ultrasonic beam causes cyclical changes in the refractive index in the optical fiber cores of the SP coupler, as a result of which the interference of light and ultrasonic beams occurs in the optical fiber. In the detector DE connected to the output of the third arm R3, the modulated optical signal is detected and observed on the oscilloscope OS, or the average value of the optical power is measured with the MR meter. The device uses SP couplers made of thick optical fibers and high power light sources.

Claims

Patent claims

1. A device for invasive treatment with a laser beam and an ultrasound equipped with a laser light source, an ultrasonic transducer, a fiber optic coupler and an optical fiber through which the laser and ultrasound beam are guided, characterized by the fact that it is equipped with an X-shaped fiber optic coupler (SP), short-circuiting four arms (R1, R2, R3, R4), where the ultrasonic transducer (PU) is connected to the fourth arm (R4) powered from the generator (GE) through the amplifier (WZ), to the third arm (R3) it is connected through the detector ( DE), oscilloscope (OS), a laser light source (ZS) is connected to the first arm (R1), and the second arm (R2) is a surgical instrument.

2. The device according to claim The method of claim 1, characterized in that an optical power meter (MR) is connected to the third arm (R3).

3. The device according to claim The method of claim 1, wherein the laser light source (CS) is a laser diode.

4. The device according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the optical fiber coupler (SP) is made of two optical fibers joined by welding, the optical fibers being laterally ground at the point where the welded connection is made.

5. The device according to claim 1 The method of claim 1, wherein the optical fiber coupler (SP) is made by twisting two optical fibers.

6. The device according to claim 1 The method of claim 1, wherein the optical fiber coupler (SP) is made of four optical fibers connected with lenses (SO).