SE436321B - Endoskopinstrument med en optisk fibervagledare for overforing av laserenergi - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 7808813-5 måste emellertid anses alltför stor till sitt tvärsnitt för de flesta endoskopiska kirurgbehandlingarna. _ Nyligen har man framtagit en ny fiberoptisk vågledare, som lämpar sig för överföring av infraröd strålning och som omfattar en vägledande kärna bildad av draget kristallint mate- rial, som utgörs av en metallhalogenid. Denna infrarödöverför- ande fiberoptik är föremål för svensk patentansökan 7805823-7.

Den föreliggande uppfinningen hänför sig till organ för att säkert och effektivt utnyttja den nya vâgledaren i ett kirurgiskt endoskop. Å Ett ändamål med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma ett kirurgiskt endoskop för långvågig lasersträlning av högeffekttyp i samband med kirurgisk behandling inuti människo- kroppen.

Detta uppnås med ett endoskop som vid sin kärna eller sitt centrum uppvisar en fiberoptisk vägledare som kan överföra infraröd strålning i enlighet med ovan angivne patentansökan.

Organ bör även anordnas för bibehållande.av den infrarödvåg- ledarens rörlighet och föreït ansluta laserorgan till densamma.

Endoskopet är även försett med en optisk belysningsanordning och en optisk betraktningsanordning för att underlätta för opera- tören vid den kirurgiska behandlingen samt med ett ändfönster för att avgränsa de eventuellt toxiska fibrerna från kroppsvätskor~ na. Eventuellt kan anordningen även innefatta en andra lågeffekt- laser inom betraktningsomrädet, såsom en helium/neonlaser som först kan mata strålning genom den centrala infrarödfibern för att exakt bestämma den punkt på vilken infrarödstrålningen skall påläggas för kirurgiskt ingrepp då en optisk slutare öppnas.

Dessa och andra ändamål, avsikter och fördelar med den föreliggande uppfinningen kommer att bättre framgå av den efterföljande detaljerade beskrivningen, som ges i samband med bifogade ritningar där samma hänvisningsbeteckningar inom olika figurer avser samma element och där fig. 1 visar en delvis i snitt och delvis schematisk vy av ett endoskop enligt den föreliggande uppfinningen, fig. 2 visar en ändvy av endoskopet enligt fig. 1 och fig. 3 visar principen för punktbelysande laser via den centrala infrarödfibern. 10 15 20 7808813-5 Det kirurgiska endoskop, som visas i schematiskt tvär- snitt i fig. 1, kombinerar funktionerna för hittills existerande böjliga endoskop av fiberoptiktyp, vilka utformats för betrakt- ning och med möjlighet att överföra en infraröd CO- eller C02- laserstråle av högeffekttyp för kirurgiska ingrepp, såsom bränning, skärning eller liknande. Exempelvis kan endoskopet 10 omfatta ett böjligt ytterhölje 11, som omger en böjlig kropp 11a vari ett första rör 12 är anordnat att innehålla ett konventionellt optiskt glasfiberknippe 13 för att leda ljus från en källa 14 F' v'd endoskopets reglerände till dess skärände för att belysa det inre organ som skall inspekteras och behandlas. Ett andra rör 15 innehåller ett andra konventionellt glasfiberknippe 16, som är förbundet med en betraktningsanordning 17, med vilken operatören kan betrakta det område som belyses med ljus från källan 14. Ett tredje rör 18 ligger axiellt kring endoskopets 10 centrumaxel. Det är inklätt med ett plastorgan 18a och innehål- ler en böjlig infrarödöverförande fiberoptisk vågledare 19, som optiskt är ansluten till en koloxid-(CO-) eller koldioxid-(C02-) laser 20 via en lins eller annat därför avsett organ 21. En optisk slutare 22 av någon vanlig utformning är införd mellan linsen och lasern, så att laserns utsignal kan tändas och släckas allt efter behovet för önskad kirurgisk behandling. Om det mate- rial varav den fiberoptiska vågledaren 19 består ej i sig själv är böjlig i rumstemperatur kan ett värmeelement 23 vara spiral- lindat och anbringat runt fibern 19 och anslutet till en värme- alstrande eaergigälla 24 för att uppvärma fibervågledaren till normal kroppstemperatur eller mer, så att den blir böjlig på ett sätt som kommer att diskuteras nedan.

Eftersom det material varav fibern 19 är tillverkad kan vara toxiskt får det icke komma i direkt beröring med kropps- vätskan eller vävnaden. Följaktligen är ett inert fönster 30 anordnat vid fiberänden. Fönstret 30 är tätat mot infästnings- kragen 31, som fast förenar plastkåpan 18a runt röret 18 med fönstret. Tätningen kan utgöras av en lödförbindning på en me- tallkrage eller någon däremot svarande läckningstät förslutning.

Fönstret 30 bör ha låg absorption för infraröda våglängder för användbar överföring av högenergetiska kirurgiska (CO- och C02- lasersträlar liksom strålar inom det synliga våglängdsomrâdet.

Av de många möjliga fönstermaterialen har det befunnits att 10 15 20 25 30 35 “7808813-5 sendast diamant (för närvarande begränsat till naturell diamant för optisk överföring) och zinkselenid är lämpade för det föreliggande användningsomrâdet. Den höga styrkan på diamant gör att det till ett föredraget material för att användas med en C02-laserkälla.

Såväl diamant som zinkselenid saknar i huvudsak lös- ningsförmåga i vätskor varmed de kan komma i kontakt i kroppen.

Diamant är ledande i hela det synliga våglängdsområdet medan ZnSe leder från 5000 Å. Vid 10,6 u är absorptionskoeffi- cienten ß<',05 cm_1 för diamant och för ZnSe är den ß= H x 10-ucm_ Vid 5,3 u förblir absorptionskoefficienten för ZnSe densamma medan diamant uppvisar en absorption inom detta område. Båda materialen har höga refraktionsindex. Vid 10,6 U har ZnSe n = 2,40 och diamant n = 2,39. På grund av de höga refraktionsindexen för diamant och ZnSe är det fördelaktigt att ha infrarödfönst- ret 30 antireflexbelagt för att maximera ljusöverföringen.

Innerbeläggningen kan utgöras av en standardbeläggning. Ytter- beläggningen måste däremot vara inert mot kroppsvätskor, såsom exempelvis flerskiktsmaterial av typ BaF2/ZnSe.

Den optiska fibern 19, som användes för att överföra infrarödstrålning från lasern 20, är företrädesvis av den typ som beskrivs i svensk patentansökan 7805823-7. Denna fiber omfattar en vågledarkärna utformad av ett draget kristallint material, som inbegriper en halogenid av en metall ur grupp IA, IB eller IIIA enligt det periodiska systemet, och kärnan omges av organ för optiskt definierade strålningsledningsmoder, vil- ket exempelvis kan omfatta en löst anbringad polymerbeläggning.

Dylika vågledare, där kärnan är tillverkad genom dragning under användning av tunga bioniska blandningar och vald ur de ovan angivna metallhalogeniderna, är speciellt lämpade för infrarödstrålöverföring vid utsträckta våglängder. Transparens- området kan vara utsträckt till ungefär 35 u. Typiska tunga joniska blandningar som är att föredra är talliumbromid (TlBr) och talliumbromjodid (T1BrXI1_x). Även om vanlig fiberdragnings- teknik ej kan användas för att behandla dessa material till optiska fibrer så har det befunnits att det är möjligt att dra dessa material till fibrer genom en med små öppningar försedd dyna vid förhöjd temperatur och högt tryck och att dessa fibrer kan tillverkas för och kommer att uppföra sig som strålnings- 10 15 20 25 30 7808813-5 vågledare vid utsträckta infrarödvâglängder i området 0,6 - 35 u. öppningsdiametern i dragdynan är sådan att de polykristallina fibrerna har erhållit kärndiametrar i området 100 - 500 U.

Dragningstemperaturen för talliumbromid (KRS-5) ligger mellan 200«350OC (vilket är under smältpunkten 41400 för KRS-5) och dragningshastigheten är ungefär flera centimeter per minut.

Förlusterna i vågledaren begränsas såväl av föroreningsabsorp- tion och av spegling på grund av vågledaroregelbundheter. En 2 cm-1 har uppmätts total absorptionsförlust på mindre än 10- vid vid 10,6 U och en 2 W kontinuerlig C02-laserstråle har matats genom en testfiber utan nedbrytning. KRS-5-fibrerna besitter anmärkningsvärda plastlika egenskaper i temperatur- området 200 - 350OC. Inom detta område kan fibrerna böjas till i det närmaste vilken som helst arbiträr form, som sedan kan bli permanent när fibern kylts till rumstemperatur. De mekaniska kännetecknen på talliumbromidfibrerna är helt annorlunda. Deras temperaturområde för plasticitet sträcker sig ned under rums- temperatur och dessa fibrer är extremt böjliga vid normal omgiv- ningstemperatur. De fordrar ej något värmeelement 23 och är där- för att föredra.

Om KRS-5-bromjodidfibern användes är det nödvändigt att införa ett värmeelement 23 för att hålla dess temperatur inom plastioitetsomrâdet. När en sådan anordning användes är det givet att materialet 11, i vilket rören är inlagda, bör vara en ypperlig värmeisolator och att temperaturerna noggrant måste regleras för att förhindra oavsiktliga patientskador.

En ytterligare egenskap som med fördel kan tillföras det i fig. 1 visade kirurgiska endoskopet är den i fig. 3 återgivna helium-neonlasern 40 av lågeffekttyp. Denna lågeffekt- laser H0 kan vara optiskt kopplad till infrarödfibern 19 medelst en glaslins 41, som matar dess utsignal via en dielektrisk glasskiva H2 till fibern 19 för att ge en visuell indikering för kirurgen av det område som kommer att belysas då den infra- röda lasern 20 aktiveras. Glasskivan 42 är dielektriskt belagd för att vara högreflexiv för C02-strålning vid 10,6 ~u och för att vara högtransmissiv för He-Ne-strålning vid 0,63 U.

C02-lasern är anordnad att mata sin utsignal via en germaniumlins 21 till skivan H2, som reflekterar utsignalen 10 15 20 7808813-5 in i fibern 19 då slutaren 22 öppnas. Skivan H2 visas lagd i H50 vinkel mot vågledarfiberns 19 axel, som även är axel för helium-neonlasern 40. C02-laserns 20 axel är vinkelrät mot och skär vågledarens 19 axel och skivan 42.

Under normal funktion låter kirurgen helium-neonlasern vara kontinuerligt inkopplad för underlättande av endoskopets inställning. Efter det att önskad inställning är gjord "avfyrar" kirurgen den högenergetiska infrarödstrålande C02-lasern 20, så att den ger en kortvarig skur genom att slutaren 22 öppnas.

Pig. 3 visar endast en väg för samtidig koppling av helium- neonlasern och C02-lasern till den infrarödmatande fibern 19, men givetvis bör det inses att även andra likvärdiga arrangemang kan komma till användning.

Ett test har genomförts där en C02-laser var optiskt kopplad till en fiberoptisk vågledare med talliumbromjodidkärna via en germaniumlins 21. En optisk slutare 22 användes för att in- och bortkoppla lasern. När slutaren öppnades inmatades ungefär en watt 10 u strålning på fibern, vidarematades längs denna och utmatas från dess ände. En bit papper placerades nära fiberns utgångsände för att simulera mänsklig vävnad.

När slutaren öppnades brändes ett litet hål i papperet. Pibern kunde förflyttas för bränning av enskilda delar av papperet.

Därigenom måste anses bevisat att anordningen är lämplig att användas som kirurgiskt endoskop.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 7808813-5 PATENTKRAV

1. Endoskopinstrument uppvisande en optisk fibervågledare (19) för överföring av laserenergi till en utvald kroppsdel, k ä n n e t e c k n a t av att fibervågledaren (19) är kopplad till såväl en högeffektlaser (20) av kolmono- eller koldioxid- typ för infrarödstrålning som en lâgeffektlaser (40) vars ut- signal har en våglängd inom det synliga ljusomrâdet för att ge en synlig markering i form av en punkt på den utvalda kropps- 'delen vilken skall tillföras infrarödstrålningen, varvid fiber- vågledaren (19) är utförd av en halogenid av metallen tallium och ett fönster (30), genom vilket de båda lasrarnas (20, 40) strålar lämnar instrumentet, är anordnat att isolera tallium- halogeniden från kroppsvätskor och är utfört av ett mot kropps- vätskorna inert material.

2. Instrument enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a t av att fönstret (30) är tillverkat av diamant eller zinkselenid.

3. ' Instrument enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a t av att den optiska fibervågledaren (19) är utförd av talliumbromjodid och av ett värmeelement (23, 24) anordnat i omedelbar närhet av fibervâgledaren för att värma denna och öka dess flexibilitet.

4. Instrument enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a t av en slutare (22) som är anordnad i banan mellan högeffektlasxnna (20) och fibervågledaren (19) för selektiv styr- ning av utmatningen från högeffektlasern till fibervågledaren.

5.' Instrument enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a t av att såväl högeffektlasern (20) som lâgeffekt- lasern (40) är kopplad till den optiska fibervâgledaren (19) via en dielektrisk stråluppdelare (42) som är anordnad att trans- mittera strålning med lågeffektlaserns våglängd och är anordnad att reflektera strålning med högeffektlaserns våglängd, varvid högeffektlasern (20) är förlagd så att dess utsignal reflekteras från den dielektriska stråluppdelaren (42) in i fibervågledaren (19) och lågeffektlasern (40) är förlagd så att dess utsignal transmitteras genom den dielektriska stråluppdelaren (42) in i fibervâgledaren (19).