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DE69530328T2 - Laservorrichtung mit pulsierender emission für die medizintechnik - Google Patents

Laservorrichtung mit pulsierender emission für die medizintechnik Download PDF

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DE69530328T2 DE69530328T DE69530328T DE69530328T2 DE 69530328 T2 DE69530328 T2 DE 69530328T2 DE 69530328 T DE69530328 T DE 69530328T DE 69530328 T DE69530328 T DE 69530328T DE 69530328 T2 DE69530328 T2 DE 69530328T2
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Description

  • TECHNIK-BEREICH
  • Die vorliegende Erfindung betrifft den technischen Bereich von Geräten, die so kon- zipiert sind, die gepulste Emission eines Laserstrahls zu gewährleisten, der dazu be- stimmt ist, im weitesten Sinne im medizinischen Bereich verwendet zu werden.
  • Im medizinischen Bereich wird der Laser hauptsächlich entweder zum Enschneiden oder Schneiden ähnlich wie mit einem Skalpell oder zum Koagulieren oder Kauterisie- ren menschlicher Gewebe eingesetzt.
  • STAND DER TECHNIK
  • Es ist somit die Verwendung eines mit Neodym dotierten Nd: YAG-Lasers bekannt, der mit einer Wellenlänge von 1,06 μm emittiert. Der Lichtstrahl wird von den Geweben absorbiert und bewirkt ein Erwärmen der Gewebe und die damit einhergehende kauterisierende Wirkung. Mit dieser Wellenlänge wird der Laserstrahl durch einen Lichtwellenleiter aus Quarz las übertragen, der seinen Einsatz innerhalb des Körpers erlaubt, ohne dass es einer chirurgischen Öffnung bedarf. Der gepulste Betrieb gestattet das Durchbohren und Abtragen von Hartgeweben. Das Schneiden von Weich- geweben ist jedoch langsam und ausgedehnt, mit einem thermisch zu tief reichenden Bereich.
  • Es ist ferner bekannt, einen CO2-Laserstrahl zu verwenden, der das Verdampfen von Geweben ermöglicht, so dass der fokussierte Strahl durch Ausführen eines Ein- schinitts in die Oberfläche schneidet. Ein derartiger Strahl, der eine Wellenlange von etwa 10 μm aufweist; wird von den Geweben stark absorbiert. Das Schneiden von Weichgeweben ist gut. Hartgewebe bilden jedoch manchmal durch die Thermodiffu- sion des Lasers Risse. Der CO2-Laserstrahl breitet sich zudem nicht entlang flexibler Lichtwellenleiter aus, so dass die Zuleitung des Strahls mittels einer relativ komplexen Kombination aus Rohren und Reflektoren erfolgen muss.
  • Um die Vorteile der beiden vorstehend genannten Laser miteinander zu vereinen, wurde die Ausführung eines Geräts vorgeschlagen, das die zwei Laser der vorstehenden Art einschließt. Es ist jedoch zu beachten, dass die Nachteile der CO2-Laser bestehen bleiben, wodurch das Einsatzgebiet eines derartigen Geräts beträchtlich eingeschränkt wird.
  • In der französischen Patentanmeldung FR 2 607 329 wird ein Nd:YAG-Laser vordeschlagen, der mit Mitteln zur Auswahl der Längenwelle des Laserstnahls bei einem Wert von 1,44 μm versehen ist. Mit dieser Wellenlänge wird das Licht von dem in den Geweben enthaltenen Wasser besser absorbiert als mit einer niedrigeren Wellenlänge von zum Beispiel 1,32 μm oder 1,06 μm, die die anderen Übertragungswerte eines Nd:YAG-Lasers darstellen.
  • Wird ein leistungsfähiger Laser mit einer Wellenlänge von 1,44 μm auf Gewebe fo- kussiert erwärmt sich die Oberfläche der Gewebe und verdampft im Wesentlichen in der gleichen Weise wie bei einem CO2-Laserstrahl wodurch folglich ein Einschnitt in die Gewebe ausgeführt wird. Der Hauptnachteil des Lasers liegt in seiner geringen Leistungsfähigkeit, wodurch der Einsatz von überdimensionierten Mitteln zur Anregung und zum Abkühlen erforderlich ist, um eine für die meisten in Betracht gezogenen. Anwendungen ausreichende Laserleistung zu erzielen. Hieraus ergeben sich hor- rende Kosten, die die Verbreitung eines derartigen Lasers einschränken.
  • Durch die Prüfung zahlreicher Lösungen des Standes der Technik durch die Antragstellerin konnte diese feststellen, dass kein Mehrzweck-Laser existieren, dessen Laserstrahl durch Lichtweilenleiter übertragbar ist.
  • Die Antragstellerin hat immerhin die Merkmale in eines Liste zusammengestellt, die ein Lasergerät für medizinischen Einsatz aufweisen muss, um den Bedürfnissen der Anwender zu entsprechen. Es wurde folglich festgestellt, dass der Laserstrahl eine Wellenlänge besitzen muss, die dazu geeignet ist, sowohl von Hart- als auch Weichgeweben absorbiert zu werden, so dass das Schneiden und Koagulieren von Weich geweben und das Abtragen von Hartgeweben erzielt wird. Unter Weichgeweibe sind zum Beispiel Schleimhaut (Mukosa), Zahnfleisch (Gingiva), Pulpa, Parenchyma, Muskeln oder Tumore zu verstehen wogegen die Hartgewebe zum Beispiel Zahnschmerz Dentin, Konkremente, Knochen, Knorpel oder Atheroma umfassen.
  • Ein Laserstrahl mit einer derartigen Wellenlänge muss sich zusätzlich entlang einem flexiblen Lichtwellenleiter ausbreiten, so dass dieser innen in hohle Organe und ganz allgemein in den menschlichen oder tierischen Organismus eingeführt werden kann. Ein derartiges Gerät muss zudem einen geringen Platzbedarf aufweisen, und seine Verwendung muss einfach sein.
  • Bei zahlreichen Anwendungen muss ein Laser eine Leistung in einem Bereich von 2 bis 20 Watt liefern. Um diese Leistung zu erbringen, muss ein Laser leistungsstark sein damit die Verwendung von Anregungsmitteln und danach von Abkühlungsmitteln mit zu hoher Leistung nicht erforderlich ist, deren Einsatz in erheblicher Weise den Platzbedarf und die Herstellungskosten eines derartigen Lasers erhölen, wo- durch dieser für zahlreiche Anwendungen nicht einsetzbar ist.
  • Die Anmelderin hat folglich nachgewiesen, dass Bedarf an einem Laser besteht, der dazu geeignet ist, das Schneiden von Weichgeweben und das Abtragen von Hartge- weben zu gewährleisten, dessen Laserstrahl mit Hilfe eines flexiblen Lichtwellenleiters transportiert zu werden vermag und dessen Leistungsfähigkeit dazu geeignet ist, seine Herstellung zu vernünftigen Kosten für die zahlreichen Verwendungen zu ermölgichen, für die das Gerät bestimmt ist.
  • Nach Formulierung des vorstehend genannten Bedarfs hat die Anmelderin einen Laser entwickelt, der der Summe der technischen Merkmale entspricht, die bei den verschiedenen in Betracht gezogenen Anwendungen erforderlich sind.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Gegenstand der Erfindung betrifft folglich eine Vorrichtung zur gepulsten Emissi- on eines Laserstrahls mit:
    • – einem in einer reflektierenden Umhüllung montierten Laserstab,
    • – einer in einer reflektierenden Umhüllung montierten Entladungslampe zur gepuls- ten Anregung des Laserstabs, so dass durch diesen eine Lichtstrahlung abgegeben wird,
    • – einem Resonator, der zu beiden Seiten des Stabs platziert ist und die Emission einer Laserstrahlung ermöglicht, die aus Impulsen gebildet ist deren Dauer der Dauer der Anregung des Stabs, ähnlich ist, wobei der Resonator Mittel zur Auswahl der Wellenlänge der emittierten Laserstrahlung umfasst.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung:
    • · als Laserstab ein mit Neodym-YttriumAluminium-Perowskit dotiertes Kristall mit der Formel Nd:YalO3,
    • · und Auswahlmittel, die so konzipiert sind, dass die Emission der Lichtstrahlung mit einer Wellenlänge von 1,34 μm begünstigt wird, um in weichen und festen Geweben eine Warmewirkung zu erreichen.
  • Verschiedene andere Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft in nicht ein- schränkender Weise Ausführungs- und Anwendungsformen des Erfindungsgegenstandes zeigen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lasers.
  • 2 ist ein Diagramm, das die Merkmäle der Leistungsfähigkeit verschiedener Laser in Abhängigkeit der zugeordneten Pump-Leistung zeigt.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
  • Wie insbesondere in 1 dargestellt, umfasst die erfindungsgemäße Laser- Vorrichtung I ein laseraktives Material oder einen Laserstab 1, der vorteilhafterweise aus einem Yttrium-Aluminium-Perowskit-Kristall gebildet ist, das mit dem Kurzzeichen YAP und manchmal auch mit YALO3 für Yttrium-Aluminium-Oxid bezeichnet wird. Ein derartiges Kristall ist mit 0,4 bis 2% und vovorzugsweise im Wesentlichen mit etwa 0,8 % Neodym dotiert. Ein YAP- oder YALO3-Laserstab strahlt normalerweise mit Wellenlängenwerten von etwa 1,07 oder 1,34 μm.
  • Der Laserstab 1 ist Anregungsmitteln zugeordnet, die eine Erregerlampe 2 umfassen, die mit einem nicht dargestellten gepulsten Erregekreis der Lampe verbunden ist, sowie eine reflektierende Umhüllung 3, in der die Erregerlampe 2 und der Stab 1 montiert sind. Die Dauer der Anregung, die mit allen geeigneten, als solche bekann- ten Mitteln erfolgt, liegt zwischen l0 μs und 10 ms. Die Erregerlampe 2 wird zum Beispiel von Laserdioden oder einer Xenon- oder Krypton-Entladungslampe gebildet. Vorteilhafterweise handelt es sich eine Xenon-Lampe, deren Umhüllung dazu geeignet ist, die Ultraviolettstrahlungen der Lampe mit einer Wellenlänge von unter 350 nm zu eliminieren oder herauszufiltern. Vorzugsweise filtert oder eliminiert die reflektierende Umhüllung 3 die Ultraviolettstrahlungen mit einer Wellenlänge von un- ter 350 nm. Natürlich kann in Betracht gezogen werden, jedes andere Mittel zum Fil- tern der Lichstralung zu verwenden. Beispielsweise kann ein Filter zwischen der Lampe 2 und dem Stab 1 eingefügt werden. Die Verwendung derartiger Filtermittel alleine oder in Kombination erlaubt es, das Auftreten der Solarisationserscheinung des Kristalls zu vermeiden.
  • Die Laser-Vorrichtung I umfasst auch einen Resonator 4, 5, der die Emission einer Laserstrahlung 6 ermöglicht. Der Resonator ist aus zwei Spiegeln 4, 5 gebildet, die zu beiden Seiten des Laserstabs 1 angeordnet sind. Vorteilhafterweise ist der Resonator 4, 5 so konzipiert, dass die Wellenlänge der von dem Laserstab 1 emittierten Licht- strahlung ausgewählt werden kann, so dass die Emission mit der Wellenlänge 1,34 μm begünstigt wird. Die Spiegel 4, 5 besitzen folglich Reflexionskoeffizienten, die so optimiert sind, dass die Emission mit 1,34 μm begünstigt bzw. die Emission mit 1,07 μm verhindert wird. Zum Beispiel ist der Spiegel 4 bei 1,34 μm maximal reflektierend, wogegen der andere Spiegel 5 bei 1,34 μm zwischen 20 und 80% reflektierend und bei 1,07 μm nicht reflektierend ist. Auf diese Weise funktioniert der Laser in freier so genannter zeitlich verzögerter Emission mit Impulsen, deren Dauer der Dauer der Anregung annähernd entspricht, und jede Laser-Energie wird mit der Wellenlänge 1,34 μm emittiert.
  • Der Laserstrahl 6 wird mittels einer Linse 7 auf den Eingang eines Lichtwellenleiters 8 fokussiert, der diesen bis zu dem zu bearbeitenden Gewebe überträgt. Der Lichtwel- lenleiter besitzt einen Kern aus Quarzglas und vorzugsweise aus so gennanten tro- ckenem Quarzglas mit geringem Anteil an OH-Ionen.
  • Der erfindungsgemäße Laser I weist somit die Besonderheit auf, mit einer Wellenlänge von 1,34 μm zu arbeiten, Gewebe die Lichtstrahlen gut absorbieren. Das Schneiden von Weichgeweben scheint somit mit Ergebnissen möglich die mit denen vergleichbar sind, die mit einem cw-CO2-Laser erzielt werden, jedoch mit zusätzlichen Vorteilen wie geringerer Rauchentwicklung, besserer Hämostase und Koagulation und bessere Zugänglichkeit aufgrund des Lichtwellenleiters. Es zeigt sich auch, dass ein derartiger Laser das Abtragen von Hartgeweben mit einem Ergebnis gewährleistet, das dem eines gepulsten Nd:YAG-Lasers entspricht. Der Laser I vermag somit thermische Wirkungen auf biologische Gewebe auszuüben, wie Schnei- den, Koagulieren und Verdampfen von Weichgeweben oder Durchbohren, Abtragen und Schmelzen von Hartgeweben.
  • Der erfindungsgemäße Laser weist einen weiteren Vorteil auf, der in seiner in Bezug auf die anderen bekannten Laser relativ hohe Leistungsfähigkeit beruht. Dieser Vor- teil ist in 2 dargestellt die die Merkmale der Leistung des Lasers Ps in Abhängigkeit der Leistung der Pumpe Pe für verschiedene Arten von Lasern zeigt, die in ver- gleichbaren Pump-Konfigurationen eingesetzt sind. Für Pumpleistungswerte von im Wesentlichen 200 bis 1.400 Watt liegt die Laserleistung (Kurve A), die für den erfin- dungsgemäßen Laser mit einer Wellenlänge von etwa 1,34 μm erzielt wird, über der (Kurve B) eines Nd:YAG-Lasers mit 1,32 μm. In der Praxis ist vorgesehen, eine Leis- tung zu erziehlen, die über 1% und vorzugsweise etwa 2% liegt, derartige Werte können mit einen YAG-Laser mit 1,32 μm (Kurve B) nicht erreicht werden. Auch wenn die Leistungen, die mit einem Nd:YAG-Laser mit 1,06 μm (Kurve C) oder mit einem Nd:YAP-Laser mit 1,07 μm (Kurve D) erzielt werden, über denen des erfin- dungsgemäßen Lasers bei einem Betrieb mit 1,34 μm liegen, ist zu beachten, dass diese zwei Wellenlängen (1,06 und 1,07) von den Geweben unzureichend absorbiert werden, um die gewünschten thermischen Wirkungen zu gewährleisten. Die erfin- dungsgemäße Vorrichtung I weist somit für Laser-Leistungen zwischen 2 und 20 Watt ein gutes Leistungsvermögen und eine Lichtstrahlung auf, deren Wellenlänge im Übrigen gut absorbiert wird, um Funktionen des Kauterisierens und Schneidens von Geweben zu gewährleisten.
  • MÖGLICHE INDUSTRIELLE ANWENDUNG.
  • Der Gegenstand der Erfindung findet eine besoders Vorteilnane Anwendung im zahnmedizinischen Bereich, um insbesondere chirurgische Eingriffe, Kariesbehand- lungen oder Wurzelkanalbehandlungen vorzunehmen. Der erfindungsgemäße Laser findet im medizinischen Bereich weitere Anwendungen, insbesondere in der Ortho padie (perkutane Nukleotomie, Menisketomie), der Neurochirurgie, der Gynäkologie (chirurgische Operationen durch Zölioskopie) oder HNO (Kehlkopf, Sinus oder Innenhor).

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur gepulsten Emission eines Laserstrahls (6) mit: – einem in einer reflektierenden Umhüllung (2) montierten Laserstab (1), – einer in reflektierenden Umhüllung montierten zur Entladungslampe (2) zur gepulsten Anregung des Lasertabs (1), so dass durch diesen eine Lichtstrahlung abgeben wird, – einem Resonstor (4, 5), der zu beiden Seiten des Stabs (1)platziert ist und die Emission einer Laserstrahlung ermöglich die aus Impulsen gebildet ist deren Dauer der Dauer der Anregung des Stabs ähnlich ist, wobei der Resonator Mittel zur Auswahl der Wellenlänge der emittierten Laserstrahlung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: – als Laserstab (1) ein mit Neodym-Yttrium-Aluminium-Perowskit dotiertes Kristall mit der Formel Nd:YaIO3, – und Auswahlmittel, die so ,konzipiert sind, dass die Emissionder Lichtstrahlung mit einer Wellenlänge von 1,34 μm begünstigt wird, um in weichen und festen Gewe- ben eine Wärmewirkung zu erreichnen.
  2. Vorrichtung nach Ansprtach 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Auswahl der Wellenlänge von zwei den Resonator bildenden Spiegeln (4, 5) gebildet sind und jeweils optimierte Reflexions- koeffizienten aufweisen, um eine Emission der Lichtstrahlung Wellenlänge von 1,34 μm zu begünstigen und die Emission der Lichtstrahlung mit einer Wellen- länge von 1,07 μm zu verhindern.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Spiegel (4) maximal bei der Wellenlänge von 1,34 μm reflektierend ist, wogegen der andere Spiegel (5) bei der Wellenlänge von 1,34 μm teilweise reflektierend und bei der Wellenlänge von 1,07 μm nicht reflektie rend ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsmittel (2, 3) Mittel zum Filtern der Lichtstrahlung mit einer Wellenlänge von unter 350 nm umfassen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Filtern der Lichtstrahlung durch eine Umhüllung der Entladungslampe (2) gewährleistet sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Filtern der Lichtstrahlung durch die reflektierende Umhüllung (3) gewährleistet sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Filtern der Lichtstrahlung durch einen zwischen der Lampe (2) und dem Stab (3) eingefügten Filter gewährleistet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahlmittel so konzipiert sind, dass die Emission der Lichtstrahlung mit einer Wellenlänge von 1,34 μm begünstigt wird, um das Schneiden und Koagulieren von und die Ablation von festen Geweben zu gewährleisten.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (1) eine Laserstrahlung emittiert die aus Impulsen gebildet ist, deren Dauer der Dauer der Anregung des Stabs änhnlich ist, die zwischen 10 μs und 10 ms liegt.
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