DE102018118307A1 - Device for the thermal treatment of biological tissue and method for operating such a device - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe (5), wenigstens umfassend: einen Lasergenerator (3) zur Erzeugung von Laserstrahlen (L), einen mit dem Lasergenerator (3) verbundenen Lichtwellenleiter (31), einen mit dem Lichtwellenleiter (31) verbundenen Kollimator (32), einen Applikator (2) zur Erwärmung von biologischem Gewebe (5), und eine Steuereinrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) derart eingerichtet ist, dass die Erwärmung einer Spitze (21) des Applikators (2) ausschließlich mit Hilfe von, mittels des Lasergenerators (3) erzeugten, Laserstrahlen (L) erfolgt, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung (1).Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) ermöglicht vorteilhaft eine gezielte, relativ schnelle Erwärmung eines zu behandelnden, kranken biologischen Gewebes (52), insbesondere bei einem medizinischen Ambulanzeinsatz, wobei gleichzeitig gesundes biologisches Gewebe (51) vor einer unbeabsichtigten Wärmeeinwirkung geschützt ist. Der relativ einfache, von seiner Baugröße weitgehend unabhängige, Aufbau des Applikators (2) ermöglicht darüber hinaus vorteilhaft eine einfache bauliche Veränderung, insbesondere eine Verkleinerung.The invention relates to a device (1) for the thermal treatment of biological tissue (5), at least comprising: a laser generator (3) for generating laser beams (L), an optical waveguide (31) connected to the laser generator (3), one with the collimator (32) connected to the optical fiber (31), an applicator (2) for heating biological tissue (5), and a control device (4), characterized in that the device (1) is set up in such a way that the heating of a tip (21) of the applicator (2) takes place exclusively with the aid of laser beams (L) generated by the laser generator (3), as well as a method for operating such a device (1). The device (1) according to the invention advantageously enables targeted, relatively rapid heating of a diseased biological tissue (52) to be treated, in particular in the case of a medical ambulance, while at the same time healthy biological tissue (51) in front of an egg unintended heat exposure is protected. The relatively simple structure of the applicator (2), which is largely independent of its size, advantageously also allows for a simple structural change, in particular a downsizing.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Gewebe, wenigstens umfassend:

• - einen Lasergenerator zur Erzeugung von Laserstrahlen,
• - einen mit dem Lasergenerator verbundenen Lichtwellenleiter,
• - einen mit dem Lichtwellenleiter verbundenen Kollimator,
• - einen Applikator zur Erwärmung von Gewebe, und

eine Steuereinrichtung, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung.The present invention relates to a device for the thermal treatment of tissue, at least comprising:

• a laser generator for generating laser beams,
• an optical fiber connected to the laser generator,
• a collimator connected to the optical fiber,
• - an applicator for heating tissue, and

a control device and a method for operating such a device.

Im Bereich der Krebstherapie beschäftigen sich Ärzte und Wissenschaftler schon seit über einhundert Jahren mit dem gezielten Überwärmen von Tumorgewebe, der sog. Hyperthermie. Dabei soll eine kontrollierte Wärmeanwendung Krebszellen zerstören und den Tumor empfindlicher machen, beispielsweise gegenüber einer weitergehenden Chemo- oder einer Strahlentherapie. Grundsätzlich reagieren Krebszellen empfindlicher auf Wärme als gesunde Körperzellen. Bei lang andauernder und wiederholter Hyperthermie bilden Krebszellen sogenannte Hitzeschockproteine, die auch Stresseiweiße genannt werden. Sie fungieren als Signal für die körpereigenen Killerzellen, die angeschlagenen und mutierten Zellen abzubauen. Für eine derartige Behandlung von Tumorgewebe sind lediglich Temperaturen im Bereich von 40 bis 43 °C notwendig.In the area of cancer therapy, doctors and scientists have been dealing with the targeted overheating of tumor tissue, known as hyperthermia, for over a hundred years. A controlled application of heat should destroy cancer cells and make the tumor more sensitive, for example to further chemotherapy or radiation therapy. Basically, cancer cells are more sensitive to heat than healthy body cells. With long-lasting and repeated hyperthermia, cancer cells form so-called heat shock proteins, which are also called stress proteins. They act as a signal for the body's own killer cells to break down the damaged and mutated cells. For such a treatment of tumor tissue, only temperatures in the range of 40 to 43 ° C are necessary.

Neben diesen Hyperthermieverfahren im engeren Sinn arbeiten auch andere Verfahren mit der gezielten Überwärmung von Gewebe, wobei hier die gezielte thermische Zerstörung von Tumorgewebe im Vordergrund steht. Diese Verfahren können als Hyperthermieverfahren im weiteren Sinn verstanden werden; darunter fallen beispielsweise die hochfrequenzinduzierte Thermotherapie (HITT) und die laserinduzierte Thermotherapie (LITT). Bei der HITT schieben die Ärzte während eines kleinen Eingriffs eine Nadelelektrode in den Tumor des Patienten. Meist reicht eine örtliche Betäubung oder eine leichte Narkoseform. Im Tumor erzeugt die Elektrode Temperaturen zwischen 56 und 100 °C, bei denen Gewebe unmittelbar geschädigt wird. Bei der LITT wird ein Glasfaser-Lichtleiter ins Tumorgewebe vorgeschoben. Das Gewebe wird dann durch langwelliges Laserlicht erhitzt und zerstört. Die Temperaturen liegen wie bei der HITT in einem Bereich, der Gewebe direkt zerstört.In addition to these hyperthermia procedures in the narrower sense, other procedures work with the targeted overheating of tissue, whereby the targeted thermal destruction of tumor tissue is in the foreground. These procedures can be understood as hyperthermia procedures in a broader sense; These include, for example, high-frequency-induced thermotherapy (HITT) and laser-induced thermotherapy (LITT). At HITT, the doctors insert a needle electrode into the patient's tumor during a small procedure. Local anesthesia or a light form of anesthesia are usually sufficient. In the tumor, the electrode generates temperatures between 56 and 100 ° C, at which tissue is immediately damaged. At LITT, a glass fiber light guide is inserted into the tumor tissue. The tissue is then heated and destroyed by long-wave laser light. As with HITT, the temperatures are in an area that directly destroys tissue.

Aus der DE 601 13 783 T2 ist in diesem Zusammenhang eine Nadelelektrode mit aktivem Hochfrequenzfaden zur Behandlung von parenchymatösen (durchbluteten) Tumoren mittels radiofrequenzinduzierter interstitieller Hyperthermie (Thermotherapie) bekannt geworden. In der DE 36 11 971 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung offenbart zur Behandlung von Tumorgeweben mittels Wärme, durch im Körper eingesetzte interstitielle Mikrowärmetauscher. Der Energietransport erfolgt hier über warmwasserdurchflossene Rohre kleiner Dimension, wobei der hier beschriebene Wärmetauscher als Einfachrohr im Durchstichverfahren und als Koaxialrohr im Einstichverfahren implantiert werden kann. In der DE 689 25 553 T2 wird eine Vorrichtung zur interstitiellen Gewebebehandlung mit mehrfachen Behandlungsmodalitäten beschrieben, bei der ein elektrisches Heizelement innerhalb eines länglichen Elements als erste Behandlungsmodalität vorgesehen ist, um eine Hyperthermiebehandlung des umgebenden Gewebes zu ermöglichen. Das hier beschriebene längliche Element umfasst ferner eine sog. zweite Modalität, welche auf die erste Modalität reagiert oder damit zusammenwirkt, beispielsweise ein Chemotherapeutikum, dessen Wirkungsgrad durch Erwärmung gesteigert werden kann.From the DE 601 13 783 T2 In this context, a needle electrode with active high-frequency thread for the treatment of parenchymatous (perfused) tumors by means of radio frequency-induced interstitial hyperthermia (thermotherapy) has become known. In the DE 36 11 971 A1 discloses a method and an apparatus for the treatment of tumor tissues by means of heat, by means of interstitial micro heat exchangers used in the body. The energy is transported here through small-diameter pipes through which hot water flows, and the heat exchanger described here can be implanted as a single pipe in the piercing process and as a coaxial pipe in the piercing process. In the DE 689 25 553 T2 describes a device for interstitial tissue treatment with multiple treatment modalities, in which an electrical heating element is provided within an elongate element as the first treatment modality in order to enable hyperthermia treatment of the surrounding tissue. The elongated element described here further comprises a so-called second modality, which reacts to or interacts with the first modality, for example a chemotherapeutic agent, the efficiency of which can be increased by heating.

Den genannten Verfahren bzw. Vorrichtungen ist gemein, dass sie einerseits komplex aufgebaute Applikatoren (wie eine Nadelelektrode mit darin verschiebbarem Hochfrequenzfaden, einen warmwasserbetriebenen Mikrowärmeaustauscher oder ein in einem länglichen Element befindliches elektrisches Heizelement) bedürfen, deren Baugröße durch den inneren Aufbau vorgegeben ist und deren Erwärmung selbst relativ träge verläuft, und andererseits zumeist eine Isolationshülle um einen Schaft des Applikator vorgesehen sein muss, um eine Schädigung von gesundem biologischen Gewebe zu vermeiden, wenn sich der Applikator erwärmt.The methods or devices mentioned have in common that on the one hand they require complex applicators (such as a needle electrode with displaceable high-frequency thread, a hot water-operated micro heat exchanger or an electrical heating element located in an elongated element), the size of which is determined by the internal structure and the heating thereof itself runs relatively sluggishly, and on the other hand, an insulation sleeve usually has to be provided around a shaft of the applicator in order to avoid damage to healthy biological tissue when the applicator heats up.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung bereitzustellen, welche einen möglichst einfach aufgebauten Applikator aufweist, der in seiner Baugröße weitgehend unabhängig von seinem inneren Aufbau ist und somit leicht verändert, insbesondere verkleinert werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll darüber hinaus eine gezielte, relativ schnelle Erwärmung des zu behandelnden, kranken biologischen Gewebes zulassen und dabei gesundes biologisches Gewebe vor einer unbeabsichtigten Wärmeeinwirkung schützen.Proceeding from this, the present invention is based on the object of providing an improved device for the thermal treatment of biological tissue and a method for operating such a device, which has an applicator of the simplest possible construction, the size of which is largely independent of its internal structure and thus can be easily changed, especially reduced. The device according to the invention is also intended to permit targeted, relatively rapid heating of the diseased biological tissue to be treated and to protect healthy biological tissue from unintended heat.

Diese Aufgabe wird zunächst durch eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe, mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is first achieved by a device for the thermal treatment of biological tissue, with the features of independent claim 1, and by a method for operating such a device with the features of independent claim 10. Further advantageous refinements and developments, which can be used individually or in combination with one another, are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe baut auf gattungsbildenden Vorrichtungen dadurch auf, dass sie derart eingerichtet ist, dass die Erwärmung einer Spitze des Applikators ausschließlich mit Hilfe von, mittels des Lasergenerators erzeugten, Laserstrahlen erfolgt.The device according to the invention for the thermal treatment of biological tissue is based on generic devices in that it is set up in such a way that the tip of the applicator is heated exclusively with the aid of laser beams generated by the laser generator.

Die Erwärmung der Spitze des Applikators ausschließlich mit Hilfe von, mittels des Lasergenerators erzeugten, Laserstrahlen ermöglicht es vorteilhaft, lediglich die Spitze des Applikators zu erwärmen, wobei der Schaft des Applikators vorteilhaft bei Umgebungstemperatur verbleibt. Auf diese Weise ist eine gezielte thermische Behandlung von biologischem Gewebe, insbesondere von Tumorgewebe, möglich, wobei umliegendes gesundes Gewebe vorteilhaft nicht verletzt wird.The heating of the tip of the applicator exclusively with the aid of laser beams generated by the laser generator advantageously enables only the tip of the applicator to be heated, the shaft of the applicator advantageously remaining at ambient temperature. In this way, targeted thermal treatment of biological tissue, in particular tumor tissue, is possible, with surrounding healthy tissue advantageously not being injured.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bildet die Vorrichtung dabei vorzugsweise ein bezüglich der, mittels des Lasergenerators erzeugten, Laserstrahlen geschlossenes System. Ein bezüglich der erzeugten Laserstrahlen geschlossenes System, verhindert vorteilhaft das unkontrollierte Austreten von Laserstrahlen, insbesondere das Entstehen von Laser-Streustrahlung. Da keine freien Laserstrahlen entstehen, kann die Bedienung der Vorrichtung ohne jegliche Laser-Schutzeinrichtung, beispielsweise Laser-Schutzbrillen o. Ä, erfolgen.In a preferred embodiment of the invention, the device preferably forms a closed system with respect to the laser beams generated by the laser generator. A system which is closed with respect to the laser beams generated advantageously prevents the uncontrolled emergence of laser beams, in particular the generation of laser scattered radiation. Since there are no free laser beams, the device can be operated without any laser protective device, for example laser protective glasses or the like.

Zudem hat sich bewährt, dass der Applikator wenigstens teilweise, insbesondere an seiner Spitze, aus einem thermisch leitenden Material, insbesondere aus medizinischem Edelstahl, besteht. Thermisch leitendes Material kann die, durch Bestrahlung mit Laserstrahlen, absorbierte Energie als Wärmeenergie an die Umgebung, vorzugsweise an anliegendes Gewebe über Wärmeleitung weiterleiten/geben. Medizinischer Edelstahl erfüllt dabei neben seiner thermischen Leitfähigkeit auch die gesetzlichen Vorgaben zur Verwendung im Medizinbereich, insbesondere bei Kontakt mit menschlichem Gewebe.It has also proven useful that the applicator consists at least partially, in particular at its tip, of a thermally conductive material, in particular of medical grade stainless steel. Thermally conductive material can pass the energy absorbed by irradiation with laser beams as heat energy to the environment, preferably to adjacent tissue via heat conduction. In addition to its thermal conductivity, medical stainless steel also fulfills the legal requirements for use in the medical field, especially when it comes into contact with human tissue.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist dabei, dass der Applikator einen linearen, hohlen Schaft umfasst, dessen eines Ende mit dem Kollimator, insbesondere über ein Verbindungsstück, verbindbar ist und an dessen anderem Ende die Spitze angeordnet oder ausgebildet ist. Ein linearer hohler Schaft ermöglicht vorteilhaft die annähernd wechselwirkungsfreie Leitung eines (näherungsweise) parallelen Laserstrahlbündels durch den Schaft bis die Laserstrahlen schließlich auf die an einem Ende des Schafts angeordnete Spitze treffen.It is preferred according to the invention that the applicator comprises a linear, hollow shaft, one end of which can be connected to the collimator, in particular via a connecting piece, and the tip of which is arranged or formed at the other end. A linear hollow shaft advantageously enables the approximately interaction-free conduction of an (approximately) parallel laser beam through the shaft until the laser beams finally strike the tip arranged at one end of the shaft.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung hat sich bewährt, dass der Lasergenerator Laserstrahlen einer Wellenlänge erzeugt, welche auf die Absorptionseigenschaften des Materials der Spitze, insbesondere auf das Absorptionsmaximum des Materials der Spitze, abgestimmt ist. Laserstrahlen, deren Wellenlänge auf die Absorptionseigenschaften des Materials der Spitze abgestimmt ist, ermöglichen eine optimale Energieübertragung der Laserenergie auf die Spitze und somit eine möglichst verlustarme und schnelle Aufheizung/Erwärmung der Spitze des Applikators.In a further preferred embodiment, it has proven useful that the laser generator generates laser beams of a wavelength which is matched to the absorption properties of the material of the tip, in particular to the absorption maximum of the material of the tip. Laser beams, the wavelength of which is matched to the absorption properties of the material of the tip, enable an optimal energy transfer of the laser energy to the tip and thus a low-loss and rapid heating / heating of the tip of the applicator.

Dabei ist es von Vorteil, wenn der Lasergenerator Laserstrahlen in einem Wellenlängenbereich von 800 bis 1600 nm, insbesondere in einem Bereich von 1030 bis 1540 nm, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 1064 nm erzeugt. Laserstrahlen mit einer Wellenlänge von 1064 nm haben sich insbesondere als günstig für die Erwärmung einer Spitze aus medizinischem Edelstahl erwiesen.It is advantageous if the laser generator generates laser beams in a wavelength range from 800 to 1600 nm, in particular in a range from 1030 to 1540 nm, particularly preferably with a wavelength of 1064 nm. Laser beams with a wavelength of 1064 nm have proven to be particularly beneficial for heating a medical stainless steel tip.

Darüber hinaus ist bevorzugt, dass der Lasergenerator als ein Faserlaser ausgebildet ist. Faserlaser verfügen über einzigartige Eigenschaften, so z. B. elektrisch-optische Wirkungsgrade bis über 30%, herausragende Strahlqualität (mit M2 < 1,1 bei Singlemode-Faserlaseraufbau, M2 < 1,2 bei Doppelmantelfasern), eine hohe Lebensdauer (> 20.000 h) und einen kompakten, wartungsfreien und unempfindlichen Aufbau. Der Pulsbetrieb reicht bis in den fs-Bereich und kann vorteilhaft eine hohe Spitzenintensität erreichen.In addition, it is preferred that the laser generator is designed as a fiber laser. Fiber lasers have unique properties. B. electrical-optical efficiencies up to over 30%, excellent beam quality (with M2 <1.1 for single-mode fiber laser construction, M2 <1.2 for double-cladding fibers), a long service life (> 20,000 h) and a compact, maintenance-free and insensitive construction , The pulse mode extends into the fs range and can advantageously reach a high peak intensity.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat sich bewährt, dass der Kollimator eingerichtet ist, die Laserstrahlen derart zu fokussieren, dass sie die Spitze des Applikators in einem Bereich von kleiner 1,0 mm des Innendurchmessers des Applikators, bevorzugt in einem Bereich von kleiner 0,8 mm des Innendurchmessers des Applikators, treffen. Die Erwärmung des Applikators erfolgt ausschließlich in der Spitze und kann im Temperaturbereich beliebig vom Arzt variiert werden. Vorrangig beabsichtigt ist ein Temperaturbereich ausschließlich an der Nadelspitze von 2,5 mm bis auf 100°C. Der Schaft des Applikators selbst wird vorteilhaft nicht erhitzt und weist lediglich, unabhängig von seiner Länge, nur die übliche Körper/ Umgebungs-Temperatur auf. Dadurch kann die thermische Schädigung des umliegenden „gesunden“ Gewebes vorteilhaft vermieden werden.In a further embodiment of the invention, it has proven useful that the collimator is set up to focus the laser beams in such a way that they tip the applicator in a range of less than 1.0 mm of the inner diameter of the applicator, preferably in a range of less than 0, 8 mm of the inner diameter of the applicator. The applicator is only heated at the tip and can be varied as desired by the doctor in the temperature range. The primary intention is a temperature range from 2.5 mm to 100 ° C exclusively at the needle tip. The shaft of the applicator itself is advantageously not heated and only has the usual body / ambient temperature, regardless of its length. The thermal damage to the surrounding “healthy” tissue can thus be advantageously avoided.

Schließlich hat sich eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewährt, in der die Vorrichtung wenigstens ein Mittel zur Erzeugung eines visuellen und/oder akustischen Signals, insbesondere eine Lampe und/oder einen Summer, umfasst. Eine Mittel zur Erzeugung eines visuellen und/oder akustischen Signals, insbesondere eine Lampe und/oder ein Summer, kann dem Benutzer vorteilhaft den Beginn und/oder das Ende der Erzeugung der Laserstrahlen anzeigen. Die Behandlung des Gewebes durch den Benutzer kann dadurch kontrollierter und sicherer erfolgen.Finally, an embodiment of the device according to the invention has proven itself in which the device comprises at least one means for generating a visual and / or acoustic signal, in particular a lamp and / or a buzzer. A means for generating a visual and / or acoustic signal, in particular a lamp and / or a buzzer, can be advantageous to the user indicate the start and / or end of the generation of the laser beams. The treatment of the tissue by the user can thus take place in a more controlled and safe manner.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung dadurch aus, dass die von einem Lasergenerator erzeugten Laserstrahlen mit Hilfe eines Lichtwellenleiters zu einem Kollimator geleitet werden; der Kollimator die Laserstrahlen so fokussiert, dass sie sich innerhalb eines Applikators weitgehend geradlinig und parallel zueinander ausbreiten; die Laserstrahlen am dem Kollimator gegenüberliegenden Ende des Applikators auf die Innenwände einer Spitze des Applikators treffen; und die Spitze des Applikators durch das Auftreffen der Laserstrahlen und eine Absorption der Laserenergie erwärmt wirdA method according to the invention for operating such a device is characterized in that the laser beams generated by a laser generator are guided to a collimator with the aid of an optical waveguide; the collimator focuses the laser beams in such a way that they spread largely in a straight line and parallel to one another within an applicator; the laser beams hit the inner walls of a tip of the applicator at the end of the applicator opposite the collimator; and the tip of the applicator is heated by the impact of the laser beams and absorption of the laser energy

Erfindungsgemäß bevorzugt ist dabei, dass in einem Verfahrensschritt die Laserstrahlen durch den Kollimator derart fokussiert werden, dass sie sich über eine Wegstrecke von bis zu 500 mm weitgehend geradlinig und parallel zueinander ausbreiten. Laserstrahlen, welche sich weitgehend geradlinig und parallel zueinander ausbreiten, wechselwirken nicht mit einem Schaft des Applikators, insbesondere mit dessen Innenwand, sondern lediglich mit einer Spitze des Applikators. Entsprechend erfolgt eine Energieübertragung durch Absorption vorteilhaft auch nur an der Spitze, wodurch eine kontrollierte Erwärmung des Applikators an seiner Spitze erfolgt und der Schaft vorteilhaft weitgehend bei Umgebungs-/Körpertemperatur verbleibt.It is preferred according to the invention that in one process step the laser beams are focused by the collimator in such a way that they spread largely in a straight line and parallel to one another over a distance of up to 500 mm. Laser beams, which spread largely in a straight line and parallel to one another, do not interact with a shaft of the applicator, in particular with its inner wall, but only with a tip of the applicator. Accordingly, energy transfer by absorption advantageously takes place only at the tip, as a result of which the applicator is heated at its tip in a controlled manner and the shaft advantageously remains largely at ambient / body temperature.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Laserstrahlen kontinuierlich und/oder in Form von Pulsen erzeugt werden. Kontinuierlich erzeugte Laserstrahlen ermöglichen vorteilhaft eine kontinuierliche Erwärmung der Spitze, insbesondere mit dem Ziel eine über einen längeren Zeitraum konstante Temperatur der Spitze zu erzielen, was insbesondere im Rahmen einer Hyperthermiebehandlung im engeren Sinn (s.o.) vorteilhaft sein kann, bei der das zu behandelnde biologische Gewebe auf Temperaturen von 40 - 43 °C erwärmt werden soll. Laserpulse ermöglichen es dagegen vorteilhaft, die Spitze kurzzeitig zu erwärmen. Je nach der absorbierten Energiemenge können somit insbesondere kurzzeitig hohe Temperaturen (Temperaturspitzen) erzielt werden, mittels derer gezielt Tumorzellen direkt zerstört werden können, wie es in Hyperthermieverfahren im weiteren Sinn vorgesehen ist.It is also advantageous if the laser beams are generated continuously and / or in the form of pulses. Continuously generated laser beams advantageously enable the tip to be heated continuously, in particular with the aim of achieving a constant tip temperature over a longer period of time, which can be advantageous in particular in the context of hyperthermia treatment in the narrower sense (see above) in which the biological tissue to be treated should be heated to temperatures of 40 - 43 ° C. Laser pulses, on the other hand, advantageously make it possible to briefly heat the tip. Depending on the amount of energy absorbed, high temperatures (temperature peaks) can be achieved for a short time, by means of which targeted tumor cells can be destroyed directly, as is intended in a broader sense in hyperthermia procedures.

Darüber hinaus ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass in einem Verfahrensschritt Beginn und/oder Ende der Erzeugung der Laserstrahlen durch den Lasergenerator manuell (bevorzugt mittels eines Fußschalters und/oder eines Tasters) und/oder automatisiert (bevorzugt mittels eines Timers) gesteuert werden. Bei einer manuellen Steuerung, vorzugsweise mittels eines Fußschalters und /oder eines Tasters, kann der Benutzer Beginn und/oder Ende der Erzeugung von Laserstrahlen - als kontinuierlicher Laserstrahl oder als Pulsfolge - selbst bestimmen und somit völlig frei auf Vorkommnisse/Veränderungen während der Behandlung reagieren. Dabei bietet ein Fußschalter insbesondere dem behandelnden Arzt die Möglichkeit, ohne seine Hände dafür benutzen zu müssen, Beginn und/oder Ende der Erzeugung von Laserstrahlen zu bestimmen. Der Taster erlaubt dagegen vorteilhaft die Steuerung des Beginns und/oder Endes der Erzeugung von Laserstrahlen an einen Dritten zu übertragen, wodurch der behandelnde Arzt sich dann vollkommen auf die eigentliche Behandlung konzentrieren kann. Insbesondere in diesem Fall kann der Fußschalter dann vorteilhaft als eine Art Freigabe-Modul durch den behandelnden Arzt, und somit als eine zusätzliche Sicherungseinrichtung dienen. Eine automatische Steuerung, bevorzugt mittels eines Timers, hingegen erlaubt es dem Benutzer vorteilhaft sich vollständig auf das zu behandelnde Gewebeareal zu konzentrieren und kann zudem vorteilhaft eine Überhitzung einzelner Areale verhindern.In addition, it is preferred according to the invention that the start and / or end of the generation of the laser beams by the laser generator is controlled manually (preferably by means of a foot switch and / or a button) and / or automatically (preferably by means of a timer) in one method step. With manual control, preferably by means of a foot switch and / or a button, the user can determine the start and / or end of the generation of laser beams - as a continuous laser beam or as a pulse sequence - and thus react completely freely to events / changes during the treatment. A foot switch in particular offers the attending physician the possibility of determining the start and / or end of the generation of laser beams without having to use his hands. The button, on the other hand, advantageously allows the control of the start and / or end of the generation of laser beams to be transferred to a third party, as a result of which the attending physician can then concentrate completely on the actual treatment. In this case in particular, the foot switch can then advantageously serve as a type of release module by the attending physician, and thus as an additional safety device. An automatic control, preferably by means of a timer, on the other hand, advantageously allows the user to concentrate completely on the tissue area to be treated and can also advantageously prevent individual areas from overheating.

Schließlich hat es sich bewährt, dass in einem Verfahrensschritt die Erzeugung der Laserstrahlen, insbesondere der Beginn und/oder das Ende der Erzeugung, durch den Lasergenerator visuell und/oder akustisch angezeigt werden. Eine visuelle und/oder akustische Anzeige erlaubt es anwesende Personen vom aktuellen Verfahrensstand zu informieren und kann es dem insbesondere dem Benutzer vorteilhaft ermöglichen, das Behandlungsfeld während der ganzen Behandlung im Blick zu behalten.Finally, it has proven useful that in one process step the generation of the laser beams, in particular the start and / or the end of the generation, are displayed visually and / or acoustically by the laser generator. A visual and / or acoustic display allows people present to be informed of the current status of the process and can, in particular, advantageously enable the user to keep an eye on the treatment field throughout the treatment.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung, ermöglicht vorteilhaft eine gezielte, relativ schnelle Erwärmung eines zu behandelnden, kranken biologischen Gewebes, wobei gleichzeitig gesundes biologisches Gewebe vor einer unbeabsichtigten Wärmeeinwirkung geschützt ist. Durch die Möglichkeit einer Netztrennung und die Erfüllung aller Anforderungen an die EMV-Sicherheit ist sie insbesondere auch für den medizinischen Ambulanzeinsatz geeignet. Der relativ einfache, von seiner Baugröße weitgehend unabhängige, innere Aufbau des Applikators ermöglicht darüber hinaus vorteilhaft eine einfache bauliche Veränderung, insbesondere eine weitere Verkleinerung des Applikators.The device according to the invention, or the method according to the invention for operating such a device, advantageously enables targeted, relatively rapid heating of a diseased biological tissue to be treated, at the same time protecting healthy biological tissue from unintentional exposure to heat. Due to the possibility of a network separation and the fulfillment of all requirements for EMC security, it is particularly suitable for medical ambulance use. The relatively simple internal structure of the applicator, which is largely independent of its size, advantageously also enables simple structural changes, in particular a further downsizing of the applicator.

Zusätzliche Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele, auf welche die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, und in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben.Additional details and further advantages of the invention are described below on the basis of preferred exemplary embodiments, to which the present invention is not restricted, however, and in conjunction with the attached drawing.

Darin zeigen schematisch:

• 1 eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe;
• 2 eine Ausgestaltung eines Applikators in einer Außenansicht;
• 3 den Applikator aus 2 ohne Verbindungsstück, wobei ein Teilbereich als Schnitt entlang der Längsachse des Applikators dargestellt ist;
• 4 einen Längsschnitt durch einen Applikator mit schematisch eingezeichneten Laserstrahlen;
• 5 den Applikator aus den 2 bis 4 in einer vergrößerten Außenansicht während der thermischen Behandlung von biologischem Gewebe;
• 6 eine Thermoaufnahme eines Applikators mit eingezeichnetem Maßstab;
• 7 eine weitere Thermoaufnahme eines größeren Bereichs eines Applikators während des Betriebs;
• 8a eine Perspektivansicht eines Ultraschall- und Template-Systems für eine transperineale Prostatabiopsie des Stands der Technik; und
• 8b das Ultraschall- und Template-System aus 8a bei der Benutzung während einer Prostatabiopsie.

It shows schematically:

• 1 an embodiment of a device according to the invention for the thermal treatment of biological tissue;
• 2 an embodiment of an applicator in an external view;
• 3 the applicator 2 without connecting piece, a partial area being shown as a section along the longitudinal axis of the applicator;
• 4 a longitudinal section through an applicator with schematically drawn laser beams;
• 5 the applicator from the 2 to 4 in an enlarged external view during the thermal treatment of biological tissue;
• 6 a thermal photograph of an applicator with the scale shown;
• 7 another thermal image of a larger area of an applicator during operation;
• 8a a perspective view of an ultrasound and template system for a transperineal prostate biopsy of the prior art; and
• 8b the ultrasound and template system 8a when used during a prostate biopsy.

Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of preferred embodiments of the present invention, identical reference symbols designate identical or comparable components.

1 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe 5. Sie umfasst wenigstens einen Lasergenerator 3 zur Erzeugung von Laserstrahlen L, einen mit dem Lasergenerator 3 verbundenen Lichtwellenleiter 31, einen mit dem Lichtwellenleiter 31 verbundenen Kollimator 32, einen Applikator 2 zur Erwärmung von biologischem Gewebe 5, und eine Steuereinrichtung 4. Die Vorrichtung 1 kann auch, insbesondere zur weiteren Datenverarbeitung, mit einem externen Rechner 6 verbunden sein und umfasst vorzugsweise, zur manuellen Steuerung des Beginns und/oder des Endes der Erzeugung der Laserstrahlen L durch den Lasergenerator 3, ein manuelles Steuerungsmittel, bevorzugt einen Fußschalter 11. Zur automatisierten Steuerung des Beginns und/oder des Endes der Erzeugung der Laserstrahlen L durch den Lasergenerator 3 kann alternativ oder kumulativ zudem vorteilhaft ein Timer 42 vorgesehen sein. 1 shows an embodiment of a device according to the invention 1 for the thermal treatment of biological tissue 5 , It comprises at least one laser generator 3 for generating laser beams L , one with the laser generator 3 connected optical fiber 31 , one with the optical fiber 31 connected collimator 32 , an applicator 2 for heating biological tissue 5 , and a control device 4 , The device 1 can also, especially for further data processing, with an external computer 6 be connected and preferably comprises for manual control of the start and / or end of the generation of the laser beams L through the laser generator 3 , a manual control means, preferably a foot switch 11 , For automated control of the start and / or end of laser beam generation L through the laser generator 3 can alternatively or cumulatively also advantageously a timer 42 be provided.

Die Vorrichtung 1 ist erfindungsgemäß derart eingerichtet, dass die Erwärmung einer Spitze 21 des Applikators 2 ausschließlich mit Hilfe von, mittels des Lasergenerators 3 erzeugten, Laserstrahlen L erfolgt.The device 1 is set up according to the invention such that the heating of a tip 21 of the applicator 2 exclusively with the help of, by means of the laser generator 3 generated, laser beams L he follows.

In 2 ist eine Ausgestaltung eines Applikators 2 in einer Außenansicht gezeigt. Der Applikator 2 umfasst vorzugsweise einen linearen, hohlen Schaft 22 von insbesondere 300, 400 oder bis zu 500 mm Länge, dessen eines Ende mit dem Kollimator 32, insbesondere über ein Verbindungsstück 23, verbindbar ist und an dessen anderem Ende die Spitze 21 angeordnet oder ausgebildet ist (vgl. dazu auch 3 und 4). Die Spitze 21 ist dabei bevorzugt massiv ausgebildet und weist eine Länge von 1,5 bis 3,5 mm, bevorzugt 2,5 mm, auf. Darüber hinaus besteht der Applikator 2 vorzugsweise wenigstens teilweise, insbesondere an seiner Spitze 21, aus einem thermisch leitenden Material, insbesondere aus medizinischem Edelstahl. Der Applikator 2 kann zudem einteilig aufgebaut sein, sodass der hohle Schaft 22 und die Spitze 21 aus einem Teil gefertigt sind, er kann aber auch mehrteilig aufgebaut sein, sodass insbesondere die Spitze 21 und der hohle Schaft 22 zwei verschiedene Bauteile darstellen, welche unmittelbar oder mittelbar, beispielsweise über ein thermisches Isolationsmittel 24 (vgl. 5), miteinander verbunden sind.In 2 is an embodiment of an applicator 2 shown in an exterior view. The applicator 2 preferably comprises a linear, hollow shaft 22 300, 400 or up to 500 mm long, one end of which is connected to the collimator 32 , especially via a connector 23 , is connectable and at the other end the tip 21 is arranged or designed (see also 3 and 4 ). The summit 21 is preferably solid and has a length of 1.5 to 3.5 mm, preferably 2.5 mm. There is also the applicator 2 preferably at least partially, especially at its tip 21 , made of a thermally conductive material, especially medical stainless steel. The applicator 2 can also be constructed in one piece, so that the hollow shaft 22 and the top 21 are made from one part, but it can also be constructed in several parts, so in particular the tip 21 and the hollow shaft 22 represent two different components, which directly or indirectly, for example via a thermal insulation 24 (see. 5 ), are connected to each other.

Der Lasergenerator 3 (vgl. 1), welcher vorzugsweise als ein Faserlaser ausgebildet sein kann, erzeugt bevorzugt Laserstrahlen L einer Wellenlänge, welche auf die Absorptionseigenschaften des Materials der Spitze 21, insbesondere auf das Absorptionsmaximum des Materials der Spitze 21, abgestimmt ist. Besonders bewährt hat es sich dabei, wenn der Lasergenerator 3 Laserstrahlen L in einem Wellenlängenbereich von 800 bis 1600 nm, insbesondere in einem Bereich von 1030 bis 1540 nm, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 1064 nm, dem Absorptionsmaximum von medizinischem Edelstahl, erzeugt.The laser generator 3 (see. 1 ), which can preferably be designed as a fiber laser, preferably generates laser beams L a wavelength, which depends on the absorption properties of the tip material 21 , in particular the absorption maximum of the material of the tip 21 , is coordinated. It has proven particularly useful when the laser generator 3 laser beams L generated in a wavelength range from 800 to 1600 nm, in particular in a range from 1030 to 1540 nm, particularly preferably with a wavelength of 1064 nm, the absorption maximum of medical stainless steel.

Die Vorrichtung 1 kann vorzugsweise auch wenigstens ein Mittel zur Erzeugung eines visuellen und/oder akustischen Signals umfassen. In 1 ist eine Ausgestaltung sowohl mit einem Mittel zur Erzeugung eines visuellen Signals, hier einer Lampe 32, bevorzugt eine LED-Lampe, als auch mit einem Mittel zur Erzeugung eines akustischen Signals, wie beispielsweise einen Lautsprecher oder - wie hier - einen Summer 44 gezeigt.The device 1 can preferably also comprise at least one means for generating a visual and / or acoustic signal. In 1 is an embodiment both with a means for generating a visual signal, here a lamp 32 , preferably an LED lamp, and also with a means for generating an acoustic signal, such as a loudspeaker or - as here - a buzzer 44 shown.

3 zeigt den Applikator aus 2 ohne Verbindungsstück 23, wobei ein Teilbereich als Schnitt entlang der Längsachse des Applikators 2 dargestellt ist. Der Außendurchmesser AD des Applikators 2 kann in einem Bereich von 2 bis 3 mm, insbesondere in einem Bereich von 2,46 bis 2,54 mm, bevorzugt bei einem Wert von 2,50 mm liegen. Der Innendurchmesser ID des Applikators 2, insbesondere des hohlen Schafts 22, kann in einem Bereich von 1,2 bis 0,8 mm insbesondere in einem Bereich von 0,95 bis 1,05 mm, bevorzugt bei einem Wert von 1,00 mm liegen. Die Spitze 21 kann kegelförmig ausgebildet sein, bevorzugt in Form eines geraden Kreiskegels, wobei der halbe Öffnungswinkel W in einem Bereich zwischen 15 und 30 °, insbesondere zwischen 20 und 25°, bevorzugt bei 22,5° liegen kann. 3 shows the applicator 2 without connector 23 , with a partial area as a section along the longitudinal axis of the applicator 2 is shown. The outside diameter AD of the applicator 2 can be in a range from 2 to 3 mm, in particular in a range from 2.46 to 2.54 mm, preferably at a value of 2.50 mm. The inside diameter ID of the applicator 2 , especially the hollow shaft 22 , can range from 1.2 to 0.8 mm, in particular in a range from 0.95 to 1.05 mm, preferably at a value of 1.00 mm. The summit 21 can be conical, preferably in the form of a straight circular cone, with half the opening angle W can be in a range between 15 and 30 °, in particular between 20 and 25 °, preferably 22.5 °.

4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Applikator 2 mit schematisch eingezeichneten Laserstrahlen L. Wie zu sehen ist, breiten sich die durch den Lasergenerator 3 erzeugten Laserstrahlen L weitgehend geradlinig und parallel zueinander innerhalb des Applikators 2, insbesondere innerhalb des hohlen Schafts 22, aus und treffen schließlich auf die Spitze 21. Dies kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, dass der Kollimator 32 eingerichtet ist, die Laserstrahlen L derart zu fokussieren, dass sie die Spitze 21 des Applikators 2 in einem Bereich von kleiner 1,0 mm des Innendurchmessers ID des Applikators 2, bevorzugt in einem Bereich von kleiner 0,8 mm des Innendurchmessers ID des Applikators 2, treffen. Die von dem Lasergenerator 3 erzeugten Laserstrahlen L werden dazu zunächst mit Hilfe eines Lichtwellenleiters 31 zum Kollimator 32 geleitet (vgl. 1), welcher die Laserstrahlen L so fokussiert, dass sie sich innerhalb des Applikators 2, vorzugsweise über eine Wegstrecke von bis zu 500 mm, weitgehend geradlinig und parallel zueinander ausbreiten. Am dem Kollimator 32 gegenüberliegenden Ende des Applikators 2 treffen die Laserstrahlen L dann auf die Innenwand der Spitze 21 des Applikators 2, wobei die Spitze 21 des Applikators 2 durch das Auftreffen der Laserstrahlen L und eine Absorption der Laserenergie erwärmt wird. 4 shows a longitudinal section through an applicator 2 with schematically drawn laser beams L , As can be seen, those spread through the laser generator 3 generated laser beams L largely straight and parallel to each other within the applicator 2 , especially inside the hollow shaft 22 , and finally hit the top 21 , This can preferably be achieved in that the collimator 32 is set up, the laser beams L focus so that it's the top 21 of the applicator 2 in a range of less than 1.0 mm of the inner diameter ID of the applicator 2 , preferably in a range of less than 0.8 mm of the inner diameter ID of the applicator 2 , to meet. The one from the laser generator 3 generated laser beams L are first done with the help of an optical fiber 31 to the collimator 32 directed (cf. 1 ) which the laser beams L so focused that they are within the applicator 2 , preferably spread over a distance of up to 500 mm, largely in a straight line and parallel to each other. On the collimator 32 opposite end of the applicator 2 hit the laser beams L then on the inside wall of the top 21 of the applicator 2 , the top 21 of the applicator 2 by the impact of the laser beams L and heating an absorption of the laser energy.

In 5 ist der Applikator 2 aus den 2 bis 4 in einer vergrößerten Außenansicht während der thermischen Behandlung von biologischem Gewebe 5 gezeigt. Es ist dargestellt, wie der Applikator 2 bevorzugt durch einen relativ kleinen Schnitt 53 in das biologische Gewebe 5 eingebracht und mit seiner Spitze 21 im Bereich von zu behandelndem, kranken Gewebe 53, insbesondere im Bereich von Tumorgewebe, positioniert werden kann. Durch eine erfindungsgemäße Erwärmung der Spitze 21 des Applikators 2 auf Temperaturen von 40 bis 200 °C, bevorzugt von bis zu 100 °C, kann das kranke Gewebe 53 dann entsprechend der vom Arzt angestrebten Therapieform (Hyperthermie im engeren oder weiteren Sinn, vgl. Beschreibungseinleitung) thermisch behandelt werden. Der hohle Schaft 22 bleibt dabei vorteilhaft, unabhängig von seiner Länge, nahezu bei Umgebungstemperatur, was eine Beschädigung des umliegenden gesunden Gewebes 51 verhindert. Ein spezielles Isolationsmittel für den hohlen Schaft 22 des Applikators 2 ist vorteilhaft nicht nötig. Darüber hinaus können die Laserstrahlen L vorteilhaft kontinuierlich und/oder in Form von Pulsen erzeugt werden, wobei die Erzeugung der Laserstrahlen L, insbesondere der Beginn und/oder das Ende der Erzeugung, durch den Lasergenerator 3 visuell und/oder akustisch angezeigt werden kann. Die Vorrichtung 1 bildet dabei erfindungsgemäß bevorzugt bezüglich der, mittels des Lasergenerators 3 erzeugten, Laserstrahlen L ein geschlossenes System, das heißt, dass die Laserstrahlen L die Vorrichtung, insbesondere den Applikator 2, nicht verlassen und somit keine Laserschutzmaßnahmen, sowohl für den Benutzer, für den Patienten als auch für umstehende dritte getroffen werden müssen. Die Behandlungswirkung beruht vorteilhaft allein auf der Wärmewirkung der durch die Laserstrahlen L erwärmten Spitze 21 auf das zu behandelnde biologische Gewebe 5, insbesondere auf krankes Gewebe 52, darunter speziell Tumorgewebe.In 5 is the applicator 2 from the 2 to 4 in an enlarged external view during the thermal treatment of biological tissue 5 shown. It is shown as the applicator 2 preferably by a relatively small cut 53 into the biological tissue 5 introduced and with its tip 21 in the area of diseased tissue to be treated 53 , especially in the area of tumor tissue, can be positioned. By heating the tip according to the invention 21 of the applicator 2 the diseased tissue can reach temperatures of 40 to 200 ° C., preferably up to 100 ° C. 53 then thermally treated according to the type of therapy desired by the doctor (hyperthermia in the narrower or broader sense, see introduction to the description). The hollow shaft 22 remains advantageous, regardless of its length, almost at ambient temperature, causing damage to the surrounding healthy tissue 51 prevented. A special insulating agent for the hollow shaft 22 of the applicator 2 is advantageously not necessary. In addition, the laser beams L are advantageously generated continuously and / or in the form of pulses, the generation of the laser beams L , in particular the beginning and / or the end of generation, by the laser generator 3 can be displayed visually and / or acoustically. The device 1 preferably forms according to the invention, by means of the laser generator 3 generated, laser beams L a closed system, that is, the laser beams L the device, in particular the applicator 2 , do not leave and therefore no laser protection measures have to be taken, both for the user, for the patient and for bystanders. The treatment effect is advantageously based solely on the thermal effect of the laser beams L heated tip 21 on the biological tissue to be treated 5 , especially on diseased tissue 52 , especially tumor tissue.

Generell lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 der thermisch behandelte Bereich u.a. über das Verhältnis zwischen eingebrachter Laserleistung und Pulsdauer vorteilhaft steuern. So führt eine thermische Behandlung mit einer vergleichsweise geringen Laserleistung, aber vergleichsweise langer Pulsdauer (= längere Wärmeeinwirkung) zu einem relativ großen thermisch behandelten Bereich („großer Spot“), wohingegen eine thermische Behandlung mit einer vergleichsweise hohen Laserleistung, aber dafür mit einer vergleichsweise kurzen Pulsdauer (= kürzere Wärmeeinwirkung) zu einem relativ kleinen thermisch behandelten Bereich führt („kleiner Spot“).In general, with the device according to the invention 1 control the thermally treated area, inter alia, advantageously via the relationship between the laser power introduced and the pulse duration. A thermal treatment with a comparatively low laser power but a comparatively long pulse duration (= longer exposure to heat) leads to a relatively large thermally treated area ("large spot"), whereas a thermal treatment with a comparatively high laser power, but with a comparatively short one Pulse duration (= shorter exposure to heat) leads to a relatively small thermally treated area ("small spot").

Erfindungsgemäß bevorzugt umfasst die Vorrichtung 1 drei Sicherheitskreise, um eine unbeabsichtigte Schädigung insbesondere der behandelten Person zu vermeiden. Zunächst wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere deren Steuereinheit 4 bzw. deren Rechner 6, vorzugsweise mit Hilfe einer Steuersoftware mit passwortgeschützten Eingabeparametern betrieben, deren Maximalleistung werksseitig begrenzt ist. Darüber hinaus kann, insbesondere über den Timer 42, eine maximale Pulsdauer festgelegt sein, welche nicht durch Benutzereingaben und/oder manuelle Betätigung beispielsweise des Fußschalters 11 überschritten werden kann. Drittens kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 vorteilhaft einen Leistungsregler mit vorgegebenen Maximalwerten zur Beschränkung der maximalen Leistung des Lasergenerators 3 umfassen. Die Lasertaktung, also insbesondere der Beginn und/oder das Ende der Erzeugung der Laserstrahlen L durch den Lasergenerator 3, wird vorzugsweise visuell durch Aufleuchten bzw. Erlöschen einer Lampe 43 und/oder akustisch durch Ertönen bzw. Verstummen eines, mittels eines Lautsprechers und/oder eines Summers 44 erzeugten, Signaltons angezeigt werden.According to the invention, the device preferably comprises 1 three safety circles to avoid accidental damage, especially to the person being treated. First, a device according to the invention, in particular its control unit 4 or their computers 6 , preferably operated with the aid of control software with password-protected input parameters, the maximum output of which is limited in the factory. In addition, especially through the timer 42 , a maximum pulse duration can be set, which is not determined by user input and / or manual actuation of the foot switch, for example 11 can be exceeded. Third, the device according to the invention 1 advantageously a power controller with predetermined maximum values to limit the maximum power of the laser generator 3 include. The laser clocking, in particular the beginning and / or the end of the generation of the laser beams L through the laser generator 3 , is preferably visually by lighting or extinguishing a lamp 43 and / or acoustically by sounding or silencing one, by means of a loudspeaker and / or a buzzer 44 generated, beeps are displayed.

Die 6 und 7 illustrieren anhand von Thermoaufnahmen die Temperaturverteilung innerhalb des Applikators 2 während des Betriebs.The 6 and 7 illustrate the temperature distribution within the applicator using thermal images 2 during operation.

In 6 ist eine Thermoaufnahme eines Applikators 2 mit eingezeichnetem Maßstab gezeigt, wobei warme Bereiche hellumrandet dargestellt sind. Wie zu erkennen ist weist der erwärmte Bereich der Spitze 21 eine Länge von ungefähr 2,5 bis 3 mm auf. Der Rest des Applikators 2, vor allem dessen hohler Schaft 22 bleibt dagegen vergleichsweise kühl bzw. weist Umgebungstemperatur auf (hier dunkel dargestellt. In 6 is a thermal photo of an applicator 2 shown with a drawn scale, warm areas are shown with a light border. As can be seen, the heated area shows the tip 21 a length of approximately 2.5 to 3 mm. The rest of the applicator 2 , especially its hollow shaft 22 remains comparatively cool or has an ambient temperature (shown dark here.

7 zeigt eine weitere Thermoaufnahme eines größeren Bereichs eines Applikators 2 während des Betriebs. In dieser Aufnahme ist die Temperaturverteilung zwischen Spitze 21 und hohlem Schaft 22 noch deutlicher zu erkennen. Während die vorzugsweise massiv aufgebaute Spitze 21 homogen hell erscheint, also nahezu homogen erwärmt ist, erscheint der gesamte hohle Schaft 22 dunkel, verbleibt also vorteilhaft, auch bei mehreren Behandlungszyklen hintereinander, bei Umgebungstemperatur. Eine thermische Isolation des hohlen Schaftes 22 entlang seiner Längserstreckung ist somit vorteilhaft nicht notwendig, selbst dann nicht, wenn der Applikator 2, insbesondere dessen Spitze 21 und dessen hohler Schaft 22, aus einem Teil aufgebaut ist. Soll die thermische Isolation zwischen hohlem Schaft 22 und Spitze 21 dennoch verstärkt werden, kann der Applikator 2 auch mehrteilig, vorzugsweise dreiteilig, ausgeführt werden, wobei der hohle Schaft 22 und die Spitze 21 aus verschiedenem Material, insbesondere mit einer unterschiedlichen thermischen Leitfähigkeit, gefertigt sein können und/oder zwischen dem hohlen Schaft 22 und der Spitze 21 ein Isolationsmittel 24 zur weiteren thermischen Isolation angeordnet sein kann (vgl. dazu 4). 7 shows a further thermal image of a larger area of an applicator 2 during operation. In this shot, the temperature distribution between the peaks 21 and hollow shaft 22 recognizable even more clearly. While the preferably solid tip 21 The entire hollow shaft appears homogeneously bright, that is, is heated almost homogeneously 22 dark, so it remains advantageous, even with several treatment cycles in succession, at ambient temperature. Thermal insulation of the hollow shaft 22 along its longitudinal extent is therefore advantageously not necessary, even if the applicator 2 , especially its tip 21 and its hollow shaft 22 , is made up of one part. Is the thermal insulation between the hollow shaft 22 and tip 21 the applicator can still be reinforced 2 can also be made in several parts, preferably in three parts, the hollow shaft 22 and the top 21 can be made of different material, in particular with a different thermal conductivity, and / or between the hollow shaft 22 and the top 21 an insulation agent 24 can be arranged for further thermal insulation (cf. 4 ).

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 können vorteilhaft Tumore und Gewebeanomalien beispielsweise in den Nieren, der Leber, der Prostata, dem Magen, der Milz, in festen Gewebebereichen der Haut, und allgemein in allen Weichgeweben, insbesondere ambulant, thermisch behandelt werden. Die genaue Positionierung des kranken Gewebes 52, insbesondere von Tumorzellen, der Krebszellen kann vorzugsweise über eine 3D - Bildgebung (Krankenhaus spezifisch), sowie über eine mm-Schablone erfolgen. Solche mm-Schablonen („Template“) können beispielsweise aus mehreren Plattenebenen bestehen, um eine stabile Führung des Applikators 2 in das Gewebe 5 gewährleisten zu können.With the help of the device according to the invention 1 tumors and tissue anomalies, for example in the kidneys, liver, prostate, stomach, spleen, in firm tissue areas of the skin, and generally in all soft tissues, in particular outpatient, can be treated thermally. The exact positioning of the diseased tissue 52 , in particular tumor cells, the cancer cells can preferably be carried out via 3D imaging (hospital-specific) and via a mm template. Such mm stencils (“templates”) can consist of several plate levels, for example, in order to guide the applicator in a stable manner 2 into the tissue 5 to be able to guarantee.

Ein derartiges Vorgehen entspricht dem aus dem beispielshaft durch die US 2011/0009748 A1 repräsentierten Stand der Technik bekannten Verfahren der sog. Template-Biopsie. Zur Verdeutlichung zeigen die 8a und 8b eine Perspektivansicht eines Ultraschall- und Template-Systems für eine transperineale Prostatabiopsie des Stands der Technik (8a) bzw. ein derartiges Ultraschall- und Template-System bei der Benutzung während einer Prostatabiopsie (8b).Such a procedure corresponds to that from the example of the US 2011/0009748 A1 represent known methods of the so-called template biopsy. For clarification show the 8a and 8b a perspective view of an ultrasound and template system for a transperineal prostate biopsy of the prior art ( 8a ) or such an ultrasound and template system when used during a prostate biopsy ( 8b ).

8a zeigt eine Schablone („Template“), wie sie auch bei einer thermischen Behandlung von biologischem Gewebe 5 mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung Verwendung finden kann. Das Template 115 (= mm-Schablone, Rasterschablone), welches beispielsweise als eine Platte 110 gefertigt sein kann, ist dabei auf einem Verbindungsarm 126 angeordnet. Die Öffnungen 120 weisen einen Durchmesser auf, welcher etwas größer als der Durchmesser der verwendeten Biopsie-Nadel 100, oder, im Fall der vorliegenden Erfindung, etwas größer als der Außendurchmesser AD des Applikators 2 ist, damit der Applikator 2 möglichst reibungsarm aber dennoch kontrolliert durch die Öffnungen 120 geführt werden kann. Die Bildgebung erfolgt im diesem Beispiel des Stands der Technik mit einer Ultraschall-Sonde 130, welche insbesondere mit dem Verbindungsarm 126 über ein Gehäuse-Element 128 verbunden sein kann. 8a shows a stencil ("Template"), as it is with a thermal treatment of biological tissue 5 by means of the device according to the invention 1 of the present invention can be used. The template 115 (= mm template, grid template), which for example as a plate 110 can be made, is on a connecting arm 126 arranged. The openings 120 have a diameter that is slightly larger than the diameter of the biopsy needle used 100 , or, in the case of the present invention, slightly larger than the outer diameter AD of the applicator 2 is so the applicator 2 as little friction as possible but still controlled through the openings 120 can be performed. In this example of the prior art, the imaging is carried out using an ultrasound probe 130 which in particular with the connecting arm 126 via a housing element 128 can be connected.

In 8b ist schließlich zu sehen, wie eine solches Ultraschall- und Template-System bei einer Prostatabiopsie verwendet werden kann. Das Ultraschall- und Template-System des Stands der Technik wird so an den zu behandelnden Patienten herangeführt das die Ultraschall-Sonde 130 in das Rektum 503 des Patienten eingeführt werden kann. Das über den Verbindungsarm 126 und das Gehäuse-Element 128 mit der Ultraschall-Sonde 130 verbundene Template 115 dient nun als Schablone zur Führung der Biopsie-Nadel 100 bzw., im Fall der vorliegenden Erfindung, als Schablone zur Führung des Applikators 2 und somit zur Ermöglichung einer gezielten thermischen Behandlung allgemein kranken Gewebes 52, bzw. - wie hier gezeigt - insbesondere der Prostata 502 eines Patienten.In 8b Finally, you can see how such an ultrasound and template system can be used in a prostate biopsy. The ultrasound and template system of the prior art is brought to the patient to be treated in such a way that the ultrasound probe 130 into the rectum 503 of the patient can be introduced. That over the link arm 126 and the housing element 128 with the ultrasound probe 130 connected template 115 now serves as a template for guiding the biopsy needle 100 or, in the case of the present invention, as a template for guiding the applicator 2 and thus to enable targeted thermal treatment of generally diseased tissue 52 , or - as shown here - especially the prostate 502 of a patient.

In Anlehnung an dieses Verfahren des Stands der Technik kann auch im Fall der vorliegenden Erfindung eine genaue Positionierung (Positionsbestimmung) des zu behandelnden Gewebes 52 erfolgen. Die 3D-Bildgebung kann mittels einer Ultraschall-Sonde, wie hier beispielhaft gezeigt - erfolgen, es können aber auch andere bildgebende Verfahren der Medizintechnik angewendet werden.Based on this method of the prior art, an exact positioning (position determination) of the tissue to be treated can also in the case of the present invention 52 respectively. 3D imaging can be carried out using an ultrasound probe, as shown here by way of example, but other imaging processes in medical technology can also be used.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung 1 zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe 5, wenigstens umfassend: einen Lasergenerator 3 zur Erzeugung von Laserstrahlen L, einen mit dem Lasergenerator 3 verbundenen Lichtwellenleiter 31, einen mit dem Lichtwellenleiter 31 verbundenen Kollimator 32, einen Applikator 2 zur Erwärmung von biologischem Gewebe 5, und eine Steuereinrichtung 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung 1 derart eingerichtet ist, dass die Erwärmung einer Spitze 21 des Applikators 2 ausschließlich mit Hilfe von, mittels des Lasergenerators 3 erzeugten, Laserstrahlen L erfolgt, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung 1.The present invention relates to a device 1 for the thermal treatment of biological tissue 5 , at least comprising: a laser generator 3 for generating laser beams L , one with the laser generator 3 connected optical fiber 31 , one with the optical fiber 31 connected collimator 32 , an applicator 2 for heating biological tissue 5 , and a control device 4 , characterized in that the device 1 is set up such that the heating of a tip 21 of the applicator 2 exclusively with the help of, by means of the laser generator 3 generated, laser beams L takes place, and a method for operating such a device 1 ,

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ermöglicht vorteilhaft eine gezielte, relativ schnelle Erwärmung eines zu behandelnden, kranken biologischen Gewebes 52, insbesondere bei einem medizinischen Ambulanzeinsatz, wobei gleichzeitig gesundes biologisches Gewebe 51 vor einer unbeabsichtigten Wärmeeinwirkung geschützt ist. Der relativ einfache, von seiner Baugröße weitgehend unabhängige, Aufbau des Applikators 2 ermöglicht darüber hinaus vorteilhaft eine einfache bauliche Veränderung, insbesondere eine Verkleinerung.The device according to the invention 1 advantageously enables targeted, relatively rapid heating of a diseased biological tissue to be treated 52 , in particular in a medical ambulance, while at the same time healthy biological tissue 51 is protected against accidental exposure to heat. The relatively simple structure of the applicator, which is largely independent of its size 2 also advantageously enables simple structural changes, in particular downsizing.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Vorrichtungcontraption

1111

Fußschalterfootswitch

1212

Taster button

22

Applikatorapplicator

2121

Spitzetop

2222

Schaftshaft

2323

Verbindungsstückjoint

2424

Isolationsmittel insulation materials

33

Lasergeneratorlaser generator

3131

Lichtwellenleiteroptical fiber

3232

Kollimator collimator

44

Steuereinrichtungcontrol device

4141

Netzteilpower adapter

4242

Timertimer

4343

Lampelamp

4444

Summerbuzzer

55

biologisches Gewebebiological tissue

5151

gesundes Gewebehealthy tissue

5252

krankes Gewebe, insbesondere Tumorgewebediseased tissue, especially tumor tissue

502502

Prostata eines PatientenProstate of a patient

503503

Rektum eines PatientenRectum of a patient

5353

Schnitt cut

66

Rechner computer

100100

Biopsie-NadelBiopsy needle

110110

Platteplate

115115

Template (Rasterschablone)Template

120120

Öffnungopening

126126

Verbindungsarmconnecting arm

128128

Gehäuse-ElementCase member

130130

Ultraschall-Sonde Ultrasound probe

LL

Laserstrahllaser beam

IDID

InnendurchmesserInner diameter

ADAD

Außendurchmesserouter diameter

LSLS

Länge der Spitze 21 Length of the tip 21

WW

halber Öffnungswinkel der Spitze 21 half opening angle of the tip 21

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

• DE 60113783 T2 [0004]DE 60113783 T2 [0004]
• DE 3611971 A1 [0004]DE 3611971 A1 [0004]
• DE 68925553 T2 [0004]DE 68925553 T2 [0004]
• US 2011/0009748 A1 [0041]US 2011/0009748 A1 [0041]

Claims (14)

Vorrichtung (1) zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe (5), wenigstens umfassend: - einen Lasergenerator (3) zur Erzeugung von Laserstrahlen (L), - einen mit dem Lasergenerator (3) verbundenen Lichtwellenleiter (31), - einen mit dem Lichtwellenleiter (31) verbundenen Kollimator (32), - einen Applikator (2) zur Erwärmung von biologischem Gewebe (5), und - eine Steuereinrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) derart eingerichtet ist, dass die Erwärmung einer Spitze (21) des Applikators (2) ausschließlich mit Hilfe von, mittels des Lasergenerators (3) erzeugten, Laserstrahlen (L) erfolgt.Device (1) for the thermal treatment of biological tissue (5), at least comprising: - a laser generator (3) for generating laser beams (L), - an optical waveguide (31) connected to the laser generator (3), - one with the optical waveguide (31) connected collimator (32), - an applicator (2) for heating biological tissue (5), and - a control device (4), characterized in that the device (1) is set up in such a way that the heating of a tip (21) of the applicator (2) takes place exclusively with the aid of laser beams (L) generated by means of the laser generator (3). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein bezüglich der, mittels des Lasergenerators (3) erzeugten, Laserstrahlen (L) geschlossenes System bildet.Device (1) after Claim 1 , characterized in that the device (1) forms a closed system with respect to the laser beams (L) generated by means of the laser generator (3). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator (2) wenigstens teilweise, insbesondere an seiner Spitze (21), aus einem thermisch leitenden Material, insbesondere aus medizinischem Edelstahl, besteht.Device (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that the applicator (2) consists at least partially, in particular at its tip (21), of a thermally conductive material, in particular of medical grade stainless steel. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator (2) einen linearen, hohlen Schaft (22) umfasst, dessen eines Ende mit dem Kollimator (32), insbesondere über ein Verbindungsstück (23), verbindbar ist und an dessen anderem Ende die Spitze (21) angeordnet oder ausgebildet ist.Device (1) according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the applicator (2) comprises a linear, hollow shaft (22), one end of which can be connected to the collimator (32), in particular via a connecting piece (23), and at the other end the tip (21) is arranged or formed. Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lasergenerator (3) Laserstrahlen (L) einer Wellenlänge erzeugt, welche auf die Absorptionseigenschaften des Materials der Spitze (21), insbesondere auf das Absorptionsmaximum des Materials der Spitze (21), abgestimmt ist.Device (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the laser generator (3) generates laser beams (L) of a wavelength which depends on the absorption properties of the material of the tip (21), in particular on the absorption maximum of the material of the tip ( 21). Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lasergenerator (3) Laserstrahlen (L) in einem Wellenlängenbereich von 800 bis 1600 nm, insbesondere in einem Bereich von 1030 bis 1540 nm, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 1064 nm erzeugt.Device (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the laser generator (3) laser beams (L) in a wavelength range from 800 to 1600 nm, in particular in a range from 1030 to 1540 nm, particularly preferably with a wavelength of 1064 nm generated. Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lasergenerator (3) als ein Faserlaser ausgebildet ist.Device (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the laser generator (3) is designed as a fiber laser. Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator (32) eingerichtet ist, die Laserstrahlen (L) derart zu fokussieren, dass sie die Spitze (21) des Applikators (2) in einem Bereich von kleiner 1,0 mm des Innendurchmessers (ID) des Applikators (2), bevorzugt in einem Bereich von kleiner 0,8 mm des Innendurchmessers (ID) des Applikators (2), treffen.Device (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the collimator (32) is set up to focus the laser beams (L) in such a way that they tip the (21) of the applicator (2) in a range of less 1.0 mm of the inside diameter (ID) of the applicator (2), preferably in a range of less than 0.8 mm of the inside diameter (ID) of the applicator (2). Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) wenigstens ein Mittel zur Erzeugung eines visuellen und/oder akustischen Signals, insbesondere eine Lampe (43) und/oder einen Summer (44), umfasst.Device (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the device (1) comprises at least one means for generating a visual and / or acoustic signal, in particular a lamp (43) and / or a buzzer (44) , Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (1) zur thermischen Behandlung von biologischem Gewebe (5) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, bei dem - die von einem Lasergenerator (3) erzeugten Laserstrahlen (L) mit Hilfe eines Lichtwellenleiters (31) zu einem Kollimator (32) geleitet werden; - der Kollimator (32) die Laserstrahlen (L) so fokussiert, dass sie sich innerhalb eines Applikators (2) weitgehend geradlinig und parallel zueinander ausbreiten; - die Laserstrahlen (L) am dem Kollimator (32) gegenüberliegenden Ende des Applikators (2) auf die Innenwand einer Spitze (21) des Applikators (2) treffen; und - die Spitze (21) des Applikators (2) durch das Auftreffen der Laserstrahlen (L) und eine Absorption der Laserenergie erwärmt wird.Method for operating a device (1) for the thermal treatment of biological tissue (5) according to one or more of the Claims 1 to 9 , in which - the laser beams (L) generated by a laser generator (3) are guided to a collimator (32) with the aid of an optical waveguide (31); - The collimator (32) focuses the laser beams (L) in such a way that they spread largely in a straight line and parallel to one another within an applicator (2); - The laser beams (L) hit the inner wall of a tip (21) of the applicator (2) at the end of the applicator (2) opposite the collimator (32); and - the tip (21) of the applicator (2) is heated by the impingement of the laser beams (L) and absorption of the laser energy. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Laserstrahlen (L) durch den Kollimator (32) derart fokussiert werden, dass sie sich über eine Wegstrecke von bis zu 500 mm weitgehend geradlinig und parallel zueinander ausbreiten.Procedure according to Claim 10 , in which the laser beams (L) are focused by the collimator (32) in such a way that they spread largely in a straight line and parallel to one another over a distance of up to 500 mm. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die Laserstrahlen (L) kontinuierlich und/oder in Form von Pulsen erzeugt werden.Procedure according to Claim 10 or 11 , in which the laser beams (L) are generated continuously and / or in the form of pulses. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem Beginn und/oder Ende der Erzeugung der Laserstrahlen (L) durch den Lasergenerator (3) manuell (bevorzugt mittels eines Fußschalters (11) und/oder eines Tasters (12)) und/oder automatisiert (bevorzugt mittels eines Timers (42)) gesteuert werden.Procedure according to one of the Claims 10 to 12 , at the beginning and / or end of the generation of the laser beams (L) by the laser generator (3) manually (preferably by means of a foot switch (11) and / or a button (12)) and / or automatically (preferably by means of a timer (42 )) to be controlled. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die Erzeugung der Laserstrahlen (L), insbesondere der Beginn und/oder das Ende der Erzeugung, durch den Lasergenerator (3) visuell und/oder akustisch angezeigt werden.Method according to one or more of the Claims 10 to 13 , in which the generation of the laser beams (L), in particular the beginning and / or the end of the generation, are visually and / or acoustically indicated by the laser generator (3).

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