DE2350893A1

DE2350893A1 - Laserstrahl-manipulator

Info

Publication number: DE2350893A1
Application number: DE19732350893
Authority: DE
Inventors: Uzi Sharon
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-10-11
Filing date: 1973-10-10
Publication date: 1974-04-18
Also published as: FR2202673B1; FR2202673A1; AU6121073A; CA989487A; IL40544A; NO134728B; NL7313997A; CH565550A5; US3865114A; ES419518A1; IT996805B; BR7307937D0; SE383958B; IN140625B; NO134728C; GB1417907A; ZA737839B; IL40544A0; AR196779A1; JPS49134193A

Description

Die Erfindung betrifft einen insbesondere als chirurgisches Instrument geeigneten Laserstrahl-Manipulator.

Bekanntlich kann ein Laserstrahl auf einen sehr kleinen Punkt mit einem Durchmesser von 100 Mikrometer oder weniger fokussiert und dadurch Lichtenergie mit sehr hoher Konzentration erzeμgt werden. Bei einer Wellenlänge des Lasers von
beispielsweise 10,6 Mikrometer, bei der das Laserlicht fast vollständig vom Körpergewebe absorbiert wird, kann ein solcher fokussierter Laserstrahl zum Schneiden fast aller Arten von Körpergeweben, z. B. zum Ausschneiden eines Tumors oder abgestorbener Haut verwendet werden. Dabei hat die Verwendung eines Laserstrahles den wichtigen Vorteil, daß sehr saubere und schmale Schnitte entstehen und gleichzeitig die Beschädigung von Gewebe außerhalb der Schnittlinie auf ein Minimum
herabgesetzt wird. Außerdem koaguliert der Laserstrahl ohne •Schwierigkeiten kapillare Gefäße und kleine Venen und Arterien, so daß der Blutverlust gering und das Arbeitsgebiet
sauber bleibt.

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ORIGINAL INSPECTEP

Allerdings besteht bei der Verwendung eines Laserstrahls zu chirurgischen Zwecken die Gefahr, daß andere Teile des Körpers mit dem Laserstrahl beschädigt werden, da normalerweise keine Vorkehrungen zur Unterbrechung des Laserstrahls nach Durchtritt durch das behandelte Objekt getroffen sind. In Fällen, in denen lebenswichtige Organe betroffen sind, wird gewöhnlich eine Abschirmung zwischen dem Arbeitsgebiet und dem zu schützenden Organ angeordnet, welche den Laserstrahl unterbricht und verhindert, daß er das Organ erreicht. Solch ein Vorgehen ist jedoch normalerweise unbequem und häufig sogar nicht durchführbar, so daß die Verwendung eines Laserstrahls für chirurgische Zwecke in manchen Fällen eingeschränkt oder sogar ganz ausgeschlossen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit welcher ein Laserstrahl insbesondere für chirurgische Zwecke so geführt v/erden kann, daß eine Beschädigung nicht zu behandelnder Bereiche durch den Laserstrahl weitgehend vermieden ist. Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Laserstrahl-Manipulator gelöst.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den zu führenden Laserstrahl in einen Manipulator einzuleiten, wo er zu einer Aufnahmeöffnung weitergeleitet wird, in welcher ein zu behandelndes Objekt angeordnet werden kann. Die im Manipulator vergesehene Lichtsperre oder -falle interbricht den Laserstrahl derart, daß er den Manipulator nicht verlassen kann.

Obiges Prinzip kann auf verschiedene Weise verwirklicht sein. Geeignete, bevorzugte Ausbildungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei einer Ausbildungsform ist die Aufnahme öffnung im einzelnen am Ende eines schachtartigen, vom Manipulator

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stehenden Rohres ausgebildet. Der Laserstrahl wird durch dieses Rohr hindurch in Richtung zur AufnahmeÖffnung geleitet, wo er zur Anwendung in der Chirurgie fokussiert v/erden kann. Dabei wird der Laserstrahl auf einen Spiegel gerichtet, der an einer Seite der Aufnahmeöffnung angeordnet ist und den Laserstrahl quer zum offenen Ende des Rohres reflektiert. Auf der gegenüberliegenden Seite des Rohres wird der Laserstrahl nach seiner Reflektion an dem Spiegel und nach passieren des Öffnungsbereiches durch einen Abschnitt des Rohres unterbrochen. Für chirurgische Zwecke wird der Laserstrahl in der Aufnahmeöffnung nach Reflektion am Spiegel und vor Unterbrechung durch den Abschnitt des Rohres fokussiert.

Bei einer anderen Ausbildungsform ist die Aufnahme— Öffnung wiederum an einem Ende eines vom Manipulator wegstehenden schachtartigen Rohres vorgesehen,, Auch wird der Laserstrahl wiederum durch das Rohr hindurch geleitet und in der Öffnung fokussiert. Die Lichtsperre oder -falle umfaßt einen mit einer Öffnung versehenen Reflektor, welcher dJLe AufnahmeÖffnung im Rohr umgibt. Der Laserstrahl wird nur auf diesen Reflektor und nicht auf die vom Reflektor umgebene AufnahmeÖffnung gerichtet. Der Reflektor ist so angeordnet, daß die einfallende Strahlung nicht in einer Richtung reflektiert wird, in welcher sie den Manipulator durch die Aufnahmeöffnung verlassen kann. Die Fokussierung in der AufnahmeÖffnung findet nach Reflektion am Reflektor statt.

Bei einer speziellen Ausbildungsform ist der Reflektor durch zwei Spiegel gebildet, welche an gegenüberliegenden Seiten der AufnahmeÖffnung angeordnet sind. Dabei wird der Laserstrahl in zwei einen gegenseitigen Abstand aufweisende Strahlanteile aufgeteilt, in dem ein einfallender Laserstrahl an zwei mit gegenseitigem Abstand angeordneten Spiegeln reflektiert wird, welche so ausgerichtet sind, daß jeweils

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ein Strahlanteil des Laserstrahls auf einen der beiden am Rand der Aufnahmeöffnung angeordneten Spiegel fällt. Bei einer anderen speziellen Ausbildungsform ist der Reflektor ein ringförmiger Spiegel. Dem Laserstrahl wird dabei ein ringförmiger Querschnitt gegeben, der an der Aufnahmeöffnung der Gestalt des Spiegels entspricht. Bei beiden Ausbildungsformen ist der Reflektor bzw. sind die Spiegel vorzugsweise so orientiert, daß der einfallende Laserstrahl von ihnen in einer Weise quer zur Öffnung gerichtet wird, bei der der Brennpunkt des Laserstrahls so dicht wie möglich an dem zur Aufnahme eines Objektes offenen Ende des schachtartigen Rohres liegt. Im Bedarfsfall kann die Fokussierung ganz oder teilweise durch Verwendung eines konkaven Reflektors bewirkt werden.

Bei einer weiteren, wiederum anderen Ausbildungsform umfaßt der Manipulator ebenfalls ein schachtartiges Rohr, mit einer Aufnahmeöffnung, in deren Nähe der durch das Rohr hindurchgeleitete Laserstrahl fokussiert wird. Jedoch ist hier die Aufnahmeöffnung in einer Seitenv/and des Rohres ausgebildet, während eine die Stirnfläche des Rohres verschließende Wand den Laserstrahl- nach passieren des durch die Aufnahme-Öffnung definierten Arbeitsbereiches unterbricht.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand mehrerer schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeichen:

Fig. 1 . einen Längsschnitt durch einen Laserstrahl-Manipulator nach der Erfindung,

Fig. 2 eine isometrische Ansicht der wesentlichen Teile des Manipulators nach Fig. 1,

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Figuren 3-7 verschiedene Abwandlungen der Vorrichtung

nach den Fig. 1 und 2 in einer Fig. 1 entsprechenden Darstellung.

Die als Ausführungsbeispiele erläuterten Laserstrahl-Manipulatoren sind besonders zu chirurgischen Zwecken geeignet. Jedoch können sie auch auf anderen Gebieten, z. B. für das Präzisionsschweißen Anwendung finden. Der Einfachheit halber bezieht sich die folgende Beschreibung jedoch auf chirurgische Instrumente, weil die Erfindung für diese besonders, wenn auch nicht ausschließlich geeignet ist.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Anordnung umfaßt einen Laser 2 und einen geschlossenen Manipulator 4. Der Laser 2 ist vorzugsweise ein im Dauerstrich arbeitender CO^- Laser hoher Leistung. Der Manipulator 4 empfängt den Laserstrahl ah einer Öffnung 6 und leitet ihn zu einer Aufnahme-Öffnung 8 am Ende eines hohlen Schaftes bzw. Rohres 7. In der Praxis ist der Manipulator an den Laser über eine nicht gezeigte gelenkige oder flexible Leitung angeschlossen, welche eine Handhabung des Manipulators erlaubt, bei der die Aufnahmeöffnung 8 des Manipulators über einem zu behandelnden Objekt, z. B. einem aufzuschneidenden Tumor angeordnet werden kann. Der Laserstrahl wird, wie in den Figuren gezeigt, in einem Arbeitsbereich 9 neben der Aufnahmeöffnung 8, fokussiert, wo das zu behandelnde Objekt aufgenommen wird. Der Manipulator 4 umfaßt eine Laserstrahl-Falle oder Lichtsperre, welche den Laserstrahl so unterbricht, daß er den Manipulator nicht verlassen kann«,

Bei der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausbildungsform beruht die Laserstrahl-Falle darauf, daß der Laserstrahl zuerst in einen Strahl mit ringförmigen Querschnitt, also einen Strahl mit einem dunklen Zentrum umgeformt und dann quer über die Aufnahmeöffnung 8 reflektiert wird. Die Mitte

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des Laserstrahls wird auf die Aufnahme öffnung ausgerichtet. Da sie dunkel ist, kann praktisch keine Strahlung den Manipulator durch die AufnahmeÖffnung verlassen. Zur Bildung des Laserstrahls mit dunkler Mitte bzw. mit dunklem Zentrum sind zwei im Abstand voneinander mit einer Neigung von 45° angeordnete Spiegel 10 und 12 vorgesehen, welche im Manipulator auf die Öffnung 6 ausgerichtet sind. Der Laserstrahl trifft auf diese Spiegel auf und wird an ihnen in Richtung auf die Aufnahmeöffnung 8 reflektiert. Insbesondere aus Fig. 2 ist ersichtlich, daf3 die beiden Spiegel 10 und 12 einen aus zwei Strahlanteilen bestehenden Strahl bilden. Die beiden Strahlanteile ,sind in Fig. 2 mit 10' und 12' bezeichnet. Sie haben einen gegenseitigen Abstand, wodurch das dunkle, auf die AufnahmeÖffnung 8 ausgerichtete Zentrum des Strahls entsteht. Die Aufnahmeöffnung 8 ist von einem in der Mitte offenen Reflektor 14 umgeben, an dem die beiden Strahlanteile 10' und 12' quer über die Aufnahme öffnung 8 des Manipulators auf den gegenüberliegenden Abschnitt des Reflektors reflektiert werden« Dies hat zur Folge, daß der Brennpunkt des Strahles so dicht wie möglich an der Aufnahme Öffnung am Ende de?; Rohres liegt. Nach passieren der AufnahmeÖffnung werden die beiden Strahlanteile durch den Reflektor 14 zurück in den Manipulator reflektiert, so daß sie diesen nicht verlassen können.

Der in der Mitte offene Reflektor 14 kann als ein ringförmiger, konkaver Spiegel ausgebildet sein, welcher die Aufnahme offnung 8 umgibt. Die Seiten des Spiegels sind in Fig. so dargestellt, daß sie gekrümmte Wände umfassen; sie könnten aber auch gradlinige Wände umfassen. Der Spiegel sollte so ausgebildet sein, daß die von ihm zurückgeworfenen Strahlen nicht genau parallel zueinander sind. Dadurch wird verhindert, daß der reflektierte Laserstrahl zurück in den Hohlraum des Lasers 2 eintritt.

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Um das Arbeitsgebiet in der Aufnahmeöffnung 8 beobachten zu können, umfaßt der Manipulator weiterhin ein auf die Aufnahmeöffnung ausgerichtetes Okular 20 und ferner eine Beleuchtungseinrichtung 22 mit einem Kollimator 2k, einer Öffnungsmaske 26 und einem Strahlenteiler 28, der das Licht zur Aufnahmeöffnung 8 reflektiert.

Der Manipulator nach den Figuren 1 und 2 kann als am Ende offener, stirnseitig wirksamer Manipulator oder als Endoskop bezeichnet werden, da er mit der Aufnahmeöffnung 8 voraus so aufgesetzt wird, daß diese das zu behandelnde Objekt, beispielsweise einem Tumor oder verbrannte Haut umgibt, während der Benutzer das zu behandelnde Objekt und die Durchführung der Behandlung beobachtet.

Anstelle eines Laserstrahles mit dunklem Zentrum^ der aus zwei Strahlanteilen'10' und 12' besteht, kann auch ein Laserstrahl mit einem ringförmigen Querschnitt derart, daß sich ein dunkles Zentrum ergibt, verwendet v/erden. Dies ist in Fig. 3 gezeigt, wo der vom Laser 2 stammende Laserstrahl auf eine übliche konische Linse 30 auftrifft, durch die er in den ringförmigen Strahl 30' überführt wird. Der ringförmige Strahl 30' von der konischen Linse wird an einem Strahlenteiler 32 zu dem ringförmigen Reflektor 14 reflektiert, welcher die Aufnahmeöffnung 8 wie bei der Ausbildungsform nach den Figuren 1 und 2 umgibt.

In Fig. 4 ist eine weitere Abwandlung dargestellt. Hier wird der ringförmige Laserstrahl mittels eines kreisförmigen Abweisgliedes 40 gebildet, das innerhalb des Manipulators angeordnet ist und den mittleren Bereich des Laserstrahles vor dessen Auftreiben auf den in der Mitte offenen, die Aufnahmeöffnung 8 umgebenden Reflektor 14 sperrt. In diesem Fall fällt der Laserstrahl in Richtung der Längsachse 16 des Manipulators ein und nicht unter·einem rechten Winkel wie bei den zuvor geschilderten Ausbildungsformen. Das

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kreisförmige zur Bildung des cStr-ahls mit dunklem Zentrum dienende Atweisglied 40 reflektiert das Zestrua "des Strahls zu einer wärmesenke 42, welche diesen Anteil des Strahls absorbiert.

Aus Fig. 5 geht eine weitere Möglichkeit zur Bildung eines im Querschnitt ringförmigen Strahls hervor. Der ringförmige Strahl wird unmittelbar durch einen Laser 2' erzeugt, in dem beispielsweise ein ringförmig gestaltetes Fenster am Ende des Laserhohlraumes oder koaxiale, einen ringförmigen Strahl ergebende Elektroden verwendet werden. Beide Maßnahmen sind an sich bekannt.

Die Figuren 6 und 7 illustrieren weitere Anordnungen zur Bildung einer Laserstrahl-Falle innerhalb des Manipulators, welche den Strahl an einem Austritt aus dem Manipulator nach Durchtritt durch den Arbeitsbereich und das zu behandelnde Objekt hindert. Gemäß. Fig. 6 erhält ein geschlossener Manipulator 54 einen Laserstrahl von einem Laser 52 an einer Öffnung 56 und leitet den Laserstrahl entlang seiner Längsachse zu einer AufnahmeÖffnung 58 am gegenüberliegenden Ende, in welcher ein zu behandelndes Objekt aufgenommen werden kann. Der Laserstrahl 52 wird wie zuvor in einem Arbeitsbereich 59 neben der Aufnahmeöffnung 58 fokussiert. Der Manipulator 54 umfaßt einen "Reflektor 60 an einer Querseite der Aufnahmeöffnung 58. Der Laserstrahl ist auf diesen Reflektor 60 gerichtet und wird an ihm unter einem Winkel zur Längsachse 62 des Manipulators quer über die Öffnung 58 am Ende des Manipulators reflektiert. An der bezüglich der Aufnahmeöffnung 58 gegenüberliegenden Querseite des Manipulators ist ein weiterer Reflektor 64 vorgesehen, welcher den Laserstrahl nach Reflektion am Reflektor 60 und Passieren des Arbeitsbereiches unterbricht. Der Reflektor 64 wirft den Strahl zurück in den Manipulator, so daß er diesen nicht verlassen kann.

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In Fig_o 7 ist eine weitere Variation dargestellt» Wiederum wird ein Laserstrahl von einem Laser 72 an einem Ende des Manipulators Ik empfaig-sn und in Richtung der Längsachse weitergeleiteto Eine Aufnahmeöffnung 77 ist jedoch in einer Seitenwand 76 des Manipulators neben der Stirnwand 78 ausgebildet« Auf diese Weise bildet die Stirnwand 78 die Laserstrahl-Falles welche den Strahl an einem Verlassen des Manipulators hinderte Wie zuvor wird der Laserstrahl an einem Punkt im Arbeitsbereich 79 neben der Öffnung 77 fokussiert,,

Weitere Abwandlungen der Erfindung ergeben sich durch Verwendung anderer_s an sich bekannter Mittel zur Erzeugung von Laserstrahlen mit dunklem Zentrum und durch Verwendung anderer, an sich bekannter Mittel zur Unterbrechung des Laserstrahles, derart, daß er den Manipulator nicht verlassen kann» Die Ausführungsbeispiele wurden mit einer Fokussierung des Laserstrahls beschrieben. Die Erfindung kann jedoch auch in Fällen benutzt werden, in denen ohne Fokussierung des Laserstrahls gearbeitet wird.

Ansprüche

Claims

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Ansprüche

1 _o J Laserstrahl-Manipulator, gekennzeichnet durch ein GeMaise (7) mit einer einen Arbeltsbereich (9; 59; 79) definierenden Aufnahmeöffnung (8; 581 77) für ein zu "behandelndes objekt, durch eine Lichtführung zur Einleitung des Laserstrahles in das Gehäuse und asine Weiterleitung zur Aufnah' Öffnung und durch eine Lichtsperre zur Unterbrechung des Laser Strahles neben der AufnahmeÖffnung derart, caS er durch diese ht' nach aiaSen dringen kann.

2. Manipulator nach Anspruch 1«, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeöffnung (58) an einem Ende des Manipulators (4) vorgesehen ist, daß die Li ent führung den Laserstrahl auf einen Reflektor (60) an einer Seite der Aufnahmeöffnuiig richtet, v/elcher den Laserstrahl, quer Wüst die Aufnahme öffnung reflektiert, und daß die Lichtsperre den Reflektor und ein bezüglich der Aufnahmeöffnung diesem gegenüber angeordnetes Sperrglied (64) umfaßt, welches den Laserstrahl nach Reflexion "ass Reflektor und Passieren des Arbeitsbereiches (9; 59) unterbricht.

3. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme Öffnung (8) an einem Ende des Manipulators (4) koaxial mit dessen Längsachse (16) vorgesehen ist, daß die Lichtsperre einen in der Mitte offenen und die ^fnahmeöffnung umgebenden Reflektor (14) umfaßt und daß die Lichtführung (10, 12; 40) den Laserstrahl unter Aussparung der Aufnahineöffnung nur auf den Reflektor richtet, welcher so ausgerichtet ist, daß der einfallende Laserstrahl nicht durch die AufnahmeÖffnung reflektiert wird.

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4o Manipulator nach tespracb. 5_ΰ äadurc h g e k e η η ■=

ε © 1 c h a e t ₉ daß die LieMfüSmmg des Laserstrahl in Etrei einen gegenseitigen Abstand aufxfeisend© Strahlanteile (10S 12«) aufteilt (fig_s Vu. 2).

5. Manipulator nach Anspruch 4₉ dadurch" gekennzeichnet, daß die Lichtführung zwei mit gegenseitigem Abstand im Gehäuse (7) angeordnete Spiegel (10, 12) umfaßt, welche den Laserstrahl in Richtung zur Aufnahmeöffnung (8) reflektiaren.

6. Manipulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß eine Beleuchtungseinrichtung (22) und ein Okular (20) zur Beleuchtung und Beobachtung des Arbeitsbereiches (9) durch, die beiden Spiegel (10, 12) hindurch vorgesehen ist.

7. Manipulator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtfüiirung einen im Querschnitt ringförmigen Laserstrahl erzeugt (Fig. 3» 4 und 5).

8. Manipulator nach Anspruch 3 oder 7_f dadurch gekennzeichnet , daß der die Aufnahmeöffnung (8) umgebende Reflektor (14) ein ringförmiger konkaver Spiegel ist.

9. Manipulator nach Anspruch 3, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (14) den Laserstrahl quer über die Aufnahmeöffnung (8) reflektiert und die Lichtführung eine Fokussierung des Laserstrahles nach Reflexion an dem Reflektor bewirkt.

10. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze ichnet , daß das Gehäuse ein schäftartiges Rohr um-

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faßt j in dessen Seitenwand (76) die AufnahmeÖffnung (77) ausgebildet und dessen Stirnende mit einer Wand (78 j verschlossen ist, welche den durch das Rohr geleiteten Laserstrahl nach Passieren des durch die Aufnahmeöffnung definierten Arbeitsbereiches (79) unterbricht.

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ORIGINAL !NSPECTED