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DE10109889A1 - Device for monitoring the interface between the end of a fiber optic cable and a diffuser used in medical treatments such as treatment of tumors using laser induced thermo-therapy, so that separation can be quickly detected - Google Patents

Device for monitoring the interface between the end of a fiber optic cable and a diffuser used in medical treatments such as treatment of tumors using laser induced thermo-therapy, so that separation can be quickly detected

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DE10109889A1
DE10109889A1 DE10109889A DE10109889A DE10109889A1 DE 10109889 A1 DE10109889 A1 DE 10109889A1 DE 10109889 A DE10109889 A DE 10109889A DE 10109889 A DE10109889 A DE 10109889A DE 10109889 A1 DE10109889 A1 DE 10109889A1
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DE
Germany
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groove
light guide
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fiber optic
fiber
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Withdrawn
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DE10109889A
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Inventor
Jochen Liebetruth
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Charite Universitaetsmedizin Berlin
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Individual
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Abstract

Device comprises measurement arrangement with a groove (5) machined in a base body (1). The groove is hairpin shaped, with a radius of curvature that is so small that when an optical fiber (7) is placed in the groove it no longer fulfills the conditions for total internal reflection, so that a small proportion of transmitted and reflected light escapes and can be analyzed. The width and depth of the groove (5) correspond to the outer diameter of the fiber being tested and a slider (8) is moved along a guide (2) so that the fiber is covered and held fixed so that it cannot move. Two photo-sensors are inserted via drilled holes in the base body so that they are optically connected to the fiber optic cable. The optical properties of the fiber optic-diffuser arrangement are determined at the beginning of treatment and stored as a calibration value, the ratio of measured signal to calibration signal is then continuously monitored and if a threshold value is reached the laser device is turned off.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung von Grenzflächen faseroptischer Lichtleiter, an deren distalem Ende sich ein zylinderförmiger Diffusor aus festem oder flüssi­ gem, optischen Material anschließt.The invention relates to a device for monitoring interfaces of fiber optics Light guide, at the distal end of which there is a cylindrical diffuser made of solid or liquid gem, optical material connects.

In der Tumortherapie gibt es Verfahren, die unter Verwendung von Laserstrahlung eine räumlich begrenzte Nekrose im Tumorgewebe erzeugen und dieses damit reduzieren. Bei diesen, als Laserinduzierte Thermotherapie (LITT) und Photodynamische Therapie (PDT), bekannten Verfahren werden faseroptische Lichtleiter eingesetzt, deren distales Ende mit einem Diffusor versehen ist, der eine radiale Abgabe der Strahlung bewirkt. Für den endoskopischen Einsatz in engen Hohlorganen oder bei interstitieller Anwendung werden vorzugsweise Diffuser aus einem elastischen Material eingesetzt, dessen Brechungsindex an­ nähernd dem des faseroptischen Lichtleiters gleicht und der unmittelbar an dessen distale Endfläche anschließt. Hinsichtlich der Funktionssicherheit der gesamten Anordnung ist die­ ser Übergang Lichtleiter/Diffusor von entscheidender Bedeutung, da die gesamte, vom Diffuser abgegebene Leistung hier hindurch tritt.In tumor therapy there are procedures that use laser radiation generate spatially limited necrosis in the tumor tissue and thereby reduce it. at this, as laser-induced thermotherapy (LITT) and photodynamic therapy (PDT), known methods, fiber-optic light guides are used, the distal end of which a diffuser is provided which causes the radiation to be radially emitted. For the endoscopic use in narrow hollow organs or in interstitial use preferably used diffuser made of an elastic material, the refractive index of which approximates that of the fiber optic light guide and that directly at its distal End face connects. With regard to the functional reliability of the entire arrangement This fiber optic / diffuser transition is critical as the entire, from Diffuse power output passes through here.

Bei der Positionierung dieser Diffuser mit unmittelbarem Kontakt zu biologischem Gewebe kann es zu Blutungen aus verletzten Gefäßen kommen. Blutkoagulationen am Übergang Lichtleiter/Diffusor und ein dadurch hervorgerufener Wärmestau können im Verlaufe der Therapie zur Zerstörung der Grenzfläche und im Endergebnis zur Abtrennung des Diffusors vom Lichtleiter führen.When positioning these diffusers with direct contact with biological tissue bleeding from injured vessels may occur. Blood coagulation at the transition Light guide / diffuser and a heat accumulation caused thereby can in the course of the Therapy to destroy the interface and in the end result to separate the diffuser lead from the light guide.

Dieser Vorgang bleibt bis zum Ablauf der eingestellten Therapiezeit verborgen und ist erst nach Entfernung des Lichtleiters am Verbleib des Diffusors im biologischen Gewebe erkenn­ bar. Da über den Zerstörungs-Zeitpunkt jedoch keine Aussage gemacht weiden kann, ist auch das beabsichtigte therapeutische Ergebnis nicht zu beurteilen.This process remains hidden until the end of the set therapy time and is only after removing the light guide, recognize that the diffuser remains in the biological tissue bar. However, since no statement can be made about the time of the destruction, is also not to assess the intended therapeutic outcome.

Darüber hinaus kann das freiliegende, mit den thermischen Abbrandprodukten des Diffusors versehene, distale Ende des faseroptischen Lichtleiters im Kontakt mit dem biologischen Gewebe dessen Perforation bewirken, was ebenfalls nicht sofort zu bemerken ist, aber zu ernsten Spätfolgen führen kann.In addition, this can be exposed with the thermal burnout products of the diffuser provided, distal end of the fiber optic light guide in contact with the biological Tissue perforation causes what is not immediately noticeable, but too can have serious long-term consequences.

Grundsätzlich können die bei einer thermischen Zerstörung in sehr schneller Abfolge statt­ findenden Veränderungen des Brechungsindex im Diffusormaterial, die zu Veränderungen des Reflexionsvermögens der distalen Endfläche des Lichtleiters führen, auch durch das in der DE 41 05 060 dargelegte Verfahren erfaßt und ausgewertet werden. Nachteilig an dieser Lösung ist, daß zusätzlich zu dem eigentlichen genutzten Laserstrahl ein Meßlicht erforderlich ist, und keine Relativierung des reflektierten Messlicht-Signals zu den jeweils wirkenden Laser-Parametern vorgesehen ist.In principle, thermal destruction can take place in very quick succession Finding changes in the refractive index in the diffuser material that lead to changes of the reflectivity of the distal end face of the light guide, also through that in the Methods described in DE 41 05 060 are recorded and evaluated. Disadvantage of this The solution is that in addition to the laser beam actually used, a measuring light is required, and no relativization of the reflected measurement light signal to each acting laser parameters is provided.

Eine solche Einrichtung wird in der DE 199 10 408 A1 beschrieben, die kein Meßlicht erfordert und bei der die Signale zweier Detektoren ins Verhältnis gesetzt werden, die die eingestrahlte und die an der Grenzfläche Lichtleiter/Diffuser reflektierte Laserstrahlung erzeu­ gen und eine Leistungsregelung oder Abschaltung der Laserstrahlungsquelle bewirken. Nachteilig bei den beschriebenen Lösungen ist, dass die Auskopplung der betreffenden Signale vor der Fokussierung in die Übertragungsfaser erfolgt, was einen nicht zu vernach­ lässigenden Aufwand erfordert und Strahlungsverluste an allen optischen Bauelementen be­ dingt, die z. T. nicht unerheblich sind. Such a device is described in DE 199 10 408 A1, which has no measuring light requires and in which the signals of two detectors are compared, which the irradiated and the laser radiation reflected at the interface light guide / diffuser gene and effect a power control or shutdown of the laser radiation source. A disadvantage of the solutions described is that the relevant ones are decoupled Signals before focusing in the transmission fiber, which is not to be neglected requires casual effort and radiation losses on all optical components things that z. T. are not insignificant.  

Aus der Literaturstelle "Laser Light Application and Light Monitoring for Photodynamic The­ rapy in Hollow Organs", Lasers in Medical Science 1993, 8, 63-68, ist eine Detektorkammer bekannt, in welcher ein Teilstück des faseroptischen Lichtleiters derart in Krümmung gehalten wird, dass ein geringer Betrag der Laserstrahlung ausgekoppelt wird. Dieser ist der in der Faser transportierten Strahlleistung proportional und zwar in jeder Richtung, so dass sowohl Änderungen der in die Übertragungsfaser eingestrahlten als auch der am distalen Faserende reflektierten Leistung detektiert und in gewünschter Weise elektronisch ausgewertet werden können.From the reference "Laser Light Application and Light Monitoring for Photodynamic The rapy in Hollow Organs, "Lasers in Medical Science 1993, 8, 63-68, is a detector chamber known in which a portion of the fiber optic light guide is held in such a curve is that a small amount of laser radiation is coupled out. This is the one in the Fiber transported beam power proportionally in every direction, so that both Changes in the radiated into the transmission fiber as well as at the distal fiber end reflected power is detected and electronically evaluated in the desired manner can.

Nachteilig an dieser, mit einer Trennwand versehenen, Detektor-Kammer, bei der in jeder Hälfte eine Photodiode angeordnet ist, ist das Fehlen einer Fixieranordnung für die Übertragungsfaser. Dadurch ist weder eine reproduzierbare Krümmung der Laser sichergestellt, noch können Bewegungseinflüsse durch die Übertragungsfaser selbst auf den Krümmungsradius ausgeschlossen werden.A disadvantage of this, provided with a partition, detector chamber, in which in each Half a photodiode is arranged, the lack of a fixing arrangement for that Transmission fiber. As a result, there is neither a reproducible curvature of the laser ensures, nor can movement influences through the transmission fiber itself on the Radius of curvature can be excluded.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art und ohne die oben beschriebenen Nachteile zu schaffen, mit der eine verlust- und artefaktarme Überwachung der Grenzfläche Lichtleiter/Diffusor gewährleistet werden kann.It is therefore the object of the invention, a device of the type mentioned without creating the disadvantages described above, with a low loss and artifact Monitoring of the optical fiber / diffuser interface can be ensured.

Diese Aufgabe wird durch eine nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Einrichtung zur Überwachung von Grenzflächen faseroptischer Lichtleiter ge­ löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.This object is achieved by a according to the characterizing features of claim 1 trained device for monitoring interfaces of fiber optic light guides ge solves. Advantageous refinements and developments of the invention result from the respective subclaims.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die verlustarme Detektierung eingestrahlter und reflektierter Laserstrahlung in einem Lichtleiter auch artefaktarm möglich ist, wenn die dazu erforderliche starke Krümmung des Lichtleiters reproduzierbar und in einer festen mechani­ schen Anordnung erfolgt.The invention is based on the knowledge that the low-loss detection is irradiated and reflected laser radiation in a light guide is also possible with low artifacts, if that required strong curvature of the light guide reproducible and in a fixed mechani arrangement.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und einer dazugehörenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigenThe invention is intended to be based on an exemplary embodiment and an associated one Drawing will be explained in more detail. Show it

Fig. 1 den mechanischen Aufbau der Überwachungs-Einrichtung, Fig. 1 shows the mechanical structure of the monitoring device,

Fig. 2 die prinzipielle Messanordnung und Auswerteelektronik. Fig. 2 shows the basic measuring arrangement and evaluation electronics.

Der in Fig. 1 dargestellte mechanische Aufbau der Überwachungseinrichtung zeigt einen aus Leichtmetall, z. B. Aluminium, gefertigten Grundkörper 1 mit einer Führung 2, Ausneh­ mungen 3 zur Aufnahme der Platine der Auswerteelektronik 4 und eine in den Grundkörper 1 eingelassene, stark gekrümmte Nut 5 zur Aufnahme des mit dem Lasergerät 6 verbundenen Lichtleiters 7, der nach Einlegen durch den in der Führung 2 laufenden Schieber 8 abgedeckt wird. Die in die Nut 5 eingebrachten Bohrungen 9 lassen die aus dem Lichtleiter 7 ausgekoppelten Laserstrahlungsanteile zu den darunter befindlichen Photosensoren 10 gelan­ gen. In geschlossenem Zustand wird der Schieber 8 von einer gefederten Arretierung 11 sicher in Position gehalten.The mechanical structure of the monitoring device shown in FIG. 1 shows a light metal, eg. B. aluminum, manufactured base body 1 with a guide 2 , Ausneh lines 3 for receiving the circuit board of the evaluation electronics 4 and a recessed in the base body 1 , strongly curved groove 5 for receiving the light guide 7 connected to the laser device 6 , which after insertion by the in the guide 2 running slide 8 is covered. The holes 9 introduced into the groove 5 allow the laser radiation components coupled out of the light guide 7 to reach the photosensors 10 underneath. In the closed state, the slider 8 is held securely in position by a spring-loaded locking device 11 .

Fig. 2 zeigt die Weiterverarbeitung der von den Photosensoren 10 erzeugten Ausgangssignale durch die Auswerteelektronik 4. Nach Bildung eines Verhältniswertes beider Signale zu Beginn der Überwachung wird dieser als Kalibrierwert abgespeichert und als Gütekriterium verfolgt, bis ein Schwellwert erreicht ist, der zur Abschaltung des Lasergerätes führt. Die Beobachtung dieses Verhältniswertes wird durch eine Digitalanzeige 12 ermöglicht, so dass auch zwischenzeitliche Informationen auswertbar sind. Fig. 2 shows the further processing of the output signals generated by the photosensors 10 shows by the evaluation electronics. 4 After forming a ratio between the two signals at the start of the monitoring, this is stored as a calibration value and followed as a quality criterion until a threshold value is reached which leads to the laser device being switched off. This ratio value can be observed by means of a digital display 12 , so that interim information can also be evaluated.

Die Überwachung bezieht sich stets auf die spezifischen optischen Eigenschaften der Licht­ leiter/Diffusor-Anordnung zu Beginn eines Einsatzes und ist weder abhängig von der Höhe der eingestrahlten Leistung noch von exemplarischen Streuungen der Lichtleitereigenschaften. Monitoring always refers to the specific optical properties of the light ladder / diffuser arrangement at the beginning of an assignment and is not dependent on the height the radiated power from exemplary scattering of the light guide properties.  

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Grundkörper
body

22

Führung
guide

33

Ausnehmung für Auswerteelektronik
Recess for evaluation electronics

44

Auswerteelektronik
evaluation

55

Nut
groove

66

Laser
laser

77

Lichtleiter
optical fiber

88th

Schieber
pusher

99

Bohrungen
drilling

1010

Photosensoren
photosensors

1111

Arretierung
lock

1212

Digitalanzeige
Digital display

Claims (12)

1. Einrichtung zur Überwachung von Grenzflächen faseroptischer Lichtleiter zu festen oder flüssigen, optischen Materialien, bestehend aus einer Messanordnung und einer Auswerte- Elektronik, die gemeinsam in einem Grundkörper 1 angeordnet sind, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Messanordnung aus einer in den Grundkörper 1 eingearbeiteten Nut 5 besteht, die haarnadelförmig verläuft und einen so kleinen Krümmungsradius aufweist, dass in dem darin eingelegten Lichtleiter 7 die Bedingungen der Totalreflexion nicht mehr erfüllt sind, so dass ein kleiner Teil sowohl der eingestrahlten als auch der reflektierten Strahlung den Lichtleiter 7 verlässt und ausgewertet werden kann, wobei Breite und Tiefe der Nut 5 dem Außen-Durchmesser des Lichtleiters 7 entsprechen und dieser dadurch in der Nut 5 fixiert wird, dass ein in einer Führung 2 laufender Schieber 8 die gesamte Nut 5 abdeckt, so dass der Lichtleiter 7 weder aus der Nut 5 entweichen noch durch seine Bewegungen außerhalb der Messanordnung Einfluss auf die Messung nehmen kann und dass an geeigneter Stelle zwei Photosensoren 10 über Bohrungen 9 im Grundkörper 1, die in diese Nut 5 hineinführen, optisch mit dem Lichtleiter 7 verbunden sind.1. Device for monitoring interfaces of fiber optic light guides to solid or liquid, optical materials, consisting of a measuring arrangement and evaluation electronics, which are arranged together in a base body 1 , characterized in that the measuring arrangement consists of an incorporated into the base body 1 There is groove 5 , which is hairpin-shaped and has such a small radius of curvature that the conditions of total reflection are no longer met in the light guide 7 inserted therein, so that a small part of both the incident and the reflected radiation leaves the light guide 7 and is evaluated can, the width and depth of the groove 5 corresponding to the outer diameter of the light guide 7 and this being fixed in the groove 5 in that a slide 8 running in a guide 2 covers the entire groove 5 , so that the light guide 7 neither from the Nut 5 still escape through its movements outside the M Eating arrangement can influence the measurement and that at a suitable point two photosensors 10 are optically connected to the light guide 7 via bores 9 in the base body 1 which lead into this groove 5 . 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut 5 durch material­ abtragende Verfahren in den Grundkörper 1 eingebracht ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the groove 5 is introduced into the base body 1 by material-removing processes. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Nut 5 aus zwei Einzel­ teilen gebildet wird, die auf dem Grundkörper 1 lösbar befestigt werden und so geformt sind, dass ein Teil mit einer haarnadelförmigen Ausnehmung versehen ist und ein zweites Teil das positive Gegenstück dazu, vermindert um den Durchmesserbetrag des Lichtleiters 7, bildet.3. Device according to claim 1, characterized in that the groove 5 is formed from two individual parts which are releasably attached to the base body 1 and are shaped such that a part is provided with a hairpin-shaped recess and a second part is the positive counterpart to this, reduced by the amount of diameter of the light guide 7 , forms. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Messanordnungen, einschließlich der zugehörigen Photosensoren 10, gemeinsam in einem Grundkörper 1 untergebracht, gemeinsam mit einem Schieber 8 abgedeckt und umschalt­ bar mit einer Auswerteelektronik 4 verbunden sind. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a plurality of measuring arrangements, including the associated photosensors 10 , housed together in a base body 1 , covered together with a slide 8 and switchable bar are connected to an evaluation electronics 4 . 5. Einrichtung nach Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut 5 für den dünneren Lichtleiter 7 innerhalb der Kontur der Nut 5 für den dickeren Lichtleiter 7 angeordnet ist.5. Device according to claims 1 to 4, characterized in that the groove 5 for the thinner light guide 7 is arranged within the contour of the groove 5 for the thicker light guide 7 . 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorde­ re Unterkante des Schiebers 8 so gestaltet ist, dass der Lichtleiter 7 nur mit dem vorder­ sten Teil der Krümmung in die Nut 5 eingelegt, durch Zuschieben des Schiebers 8 in den restlichen Teil der Nut 5 hineingedrückt werden kann, ohne den Lichtleiter-Mantel zu verletzen.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the front re lower edge of the slider 8 is designed so that the light guide 7 is inserted only with the front most part of the curvature in the groove 5 , by pushing the slider 8 in the remaining part of the groove 5 can be pressed in without damaging the light guide jacket. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Unterkante des Schiebers als Rolle ausgebildet ist, die über die ganze Breite des Schiebers reicht.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the front lower edge of the slide is designed as a roller, which over the entire width of the Slider is enough. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber 8 durch eine gefederte Arretierung 11 in geschlossener Position gehalten wird.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the slide 8 is held in the closed position by a spring-loaded locking device 11 . 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus­ werteelektronik 4 die von den Photosensoren 10 erzeugten elektrischen Signale aus den aus dem Lichtleiter 6 ausgekoppelten Strahlanteilen dergestalt auswertet, dass bei einem kritischen Verhältnis reflektierter zu eingestrahlter Strahlleistung eine Abschaltung des Lasergerätes 7 erfolgt.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the evaluation electronics 4 evaluates the electrical signals generated by the photosensors 10 from the beam portions coupled out of the light guide 6 in such a way that, at a critical ratio of reflected to radiated beam power, the shutdown of the Laser device 7 takes place. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Grundkörper angeordnete Digitalanzeige 12 ein kontinuierliches Beobachten sowohl der von den Photosensoren 10 gelieferten Signale als auch des errechneten prozentualen Verhältnisses aus beiden erlaubt.10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that a digital display 12 arranged in the base body permits continuous observation of both the signals supplied by the photosensors 10 and the calculated percentage ratio of the two. 11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Zusatz zu einem medizinischen Laser 7, mit diesem über dessen Türkontakt-Buchse derart verbunden ist, dass bei Erreichen eines kritischen Zustands der Grenzfläche des Lichtleiters 6 das Lasergerät 7 abgeschaltet wird.11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that it is connected as an additive to a medical laser 7 , with the latter via its door contact socket in such a way that the laser device 7 is switched off when a critical state of the interface of the light guide 6 is reached becomes. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie in den Geräteaufbau eines medizinischen Lasers 7 integriert ist.12. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that it is integrated in the device structure of a medical laser 7 .
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