DE2351910A1

DE2351910A1 - Laser-vorrichtung

Info

Publication number: DE2351910A1
Application number: DE19732351910
Authority: DE
Inventors: Uzi Sharon
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-10-17
Filing date: 1973-10-16
Publication date: 1974-04-18
Also published as: IT996841B; BE806140A; CH566652A5; CA993959A; GB1444773A; NO136560C; BR7308115D0; IL40603A0; JPS4994182A; IN140983B; AU6125873A; FR2203090B1; US3913582A; JPS5526859B2; NL7314285A; SE398965B; ES419670A1; FR2203090A1; AR202699A1; NO136560B

Description

La s er-Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Laser-Vorrichtung insbesondere für chirurgische Zwecke.

Bekanntlich kann ein Laserstrahl auf einen sehr kleinen Punkt mit.einem Durchmesser von beispielsweise 100 Mikrometer oder weniger fokussiert und dadurch Lichtenergie von sehr hoher Konzentration erzeugt werden. Bei Laser-Wellenlängen von beispielsweise 10,6 Mikrometer, bei denen eine nahezu vollständige Absorption durch Körpergewebe stattfindet, kann ein solcher Laserstrahl zum Schneiden der meisten Arten von Körpergewebe und Knochen verwendet werden« Entsprechend sind Laser-Vorrichtungen für verschiedene Einsatzmöglichkeiten auf dem dentalen und chirurgischen Gebiet₉ z» Bo zur Säuberung von Abszessen und von Kariesp für endoskopische Verfahren und zur Entfernung von Tumoren, verbrannten Narbengeweben und ähnlichem vorgeschlagen worden. Die vorgeschlagenen Vorrichtungen umfassen typischerweise einen Laser, einen Gelenkarm und mehrere, an diesem Ge-

409811/1112

lenkarm angebrachte Spiegel, mit denen der Laserstrahl vom Laser längs des Gelenkarmes zu einem Arbeitsgebiet geleitet wird. Theroretisch haben die vorgeschlagenen Vorrichtungen verschiedene -Vorteile, insbesondere den Vorteil, daß der Laserstrahl sehr saubere und feine Schnitte erzeugt, während gleichzeitig die Beschädigung des Gewebes au3erhalb der Schnittlinien minimal bleibt. Außerdem koaguliert der Laserstrahl ohne weiteres kapilare Gefäße und kleine Yenen und Arterien,, so daß der Blutverlust gering und das Arbeitsgebiet sauber bleibt« Wegen der Versiegelung der Blutgefäße durch den Laserstrahl bleibt darüber hinaus die Gefahr, daß bösartige Zellen sich während entfernender Eingriffe bei Krebskrankheiten ausbreiten, gering, ohne daß dadurch die Heilung der Krankheit ausgeschlossen ist,

Obzwar derartige Laser-Vorrichtungen für chirurgische Zwekke bereits in vielen Ausführungsformen vorgeschlagen worden sind, sind tatsächlich nur sehr wenige gebaut worden. Außerdem sind diejenigen, die gebaut worden sind, bisher "nur unter laboratoriumsähnlichen Umgebungsbedingungen eingesetzt worden« Es hat sich als ziemlich schwierig herausgestellt, diese Instrumente im klinischen Betrieb zu benutzen, da ihre Gelenkarme sehr unhandlich sind. Die Gelenkarme sind zu groß und voluminös, zu schwer und zu schwierig zu benutzen» Obgleich die Gelenkarme theoretisch eine ausreichende Bewegungsfreiheit gewährleisten, die derjenigen bei Verwendung eines üblichen Skalpells entspricht, ist in der Praxis dennoch nicht die genaue Kontrolle möglich, die für kritische chirurgische Eingriffe erforderlich ist. Außerdem geben Ausgleichssysteme für die Gelenkarme häufig zu Schwierigkeiten Anlaß und sind in der gedrängten Umgebung eines Operationstisches unpraktisch.

Der Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung einer Laser-Vorrichtung insbesondere für chirurgische Zwecke zugrunde, die so leicht, bequem und vielfältig wie ein übliches chirurgisches Skalpell verwendet werden kann. Diese Aufgabe ist mit der Laser-Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.

- 3 409816/1112

Im Gegensatz zu früheren Vorrichtungen kann der Gelenkarm der erfindungsgemäßen Laser-Vorrichtung sehr leicht und hoch "beweglich ausgeführt werden. Dadurch steht dem Chirurg oder Operateur ein praktisches Laser-Skalpell zur Verfügung, das in der gleichen üblichen Weise wie ein konventionelles -Skalpell eingesetzt werden kann. Natürlich sind neben der chirurgischen Anwendung auch zählreiche andere nicht chirurgische Anwendungen der Laser-Vorrichtung nach der Erfindung möglich und für einen Fachmann leicht auffindbar«,

Zweckmäßige Ausgestaltungen der neuen Laser-Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet,, Bei der bevorzugten, sich aus den Unteransprüchen ergebenden Ausführungsform der Erfindung ist ein Laser horizontal auf einer optischen Bank angebracht«, Ein vom Laser aus gehender Strahl elektromagnetischer Strahlung wird in horizontaler Richtung auf einen ersten Spiegel gelenkt, dessen Stellung im Laserstrahl eingestellt werden kann, um den Strahl so auszurichten, daß er sich entlang der Achse des Gelenkarmes ausbreitet. Nachdem die entsprechende Ausrichtung oder Justierung einmal abgeschlossen ist, bleibt die Stellung dieses Spiegels in Bezug auf den Laserstrahl fixiert. Der erste Spiegel wird auf einen Winkel von ungefähr 45° in Bezug auf den einfallenden Laserstrahl eingestellt und ist so orientiert, daß der Laserstrahl nach oben entlang "der Achse eines vertikalen Schwenkrohres gerichtet wird.

Am oberen Ende des Schwenkrohres befindet sich ein zweiter Spiegel, der auf einen Winkel von 45° ±h Bezug auf den einfallenden Laserstrahl.eingestellt und so auf einem Kegellager angebracht ist, daß er um die Achse des vertikalen Schwenkrohres gedreht werden kann. Der vom zweiten Spiegel weggehende Strahl wird dann entlang der Achse einer horizontalen Lagerbuchse zu einem dritten Spiegel gelenkt, der ebenfalls auf einen Winkel von 45° in Bezug auf den einfallenden Strahl eingestellt ist. Dieser dritte Spiegel ist an der Lagerbuchse angebracht, so daß

409816/1112 "■*"

er sich um die horizontale Achse drehen läßt.

In gleicher Weise fällt der Strahl vom dritten Spiegel nacheinander auf einen vierten, fünften, sechsten, siebten und achten Spiegel«, Alle diese Spiegel sind auf einem Winkel von 45° in Bezug auf den einfallenden Strahl eingestellt und an Lagerbuchsen so angebracht, daß sie sich um die Achse des Armabschnittesΐoder Rohres drehen lassen, entlang welchem sich der jeweils einfallende Strahl ausbreitete Am Ende tritt der Strahl vom achten Spiegel-in den Manipulator ein, mit welchem der Laserstrahl auf ein Arbeitsgebiet gerichtet wird.

Die zweiten bis achten Spiegel sind alle im Gelenkarm montiert und untereinander mittels hohler Lagerbuchsen und in einigen Fällen mittels hohler Rohrelemente verbunden. Der Gelenkarm wird durch ein Ausgleichs- oder Gegengewichteystem unterstützt, das an den Gelenkarm an einer Stelle zwischen dem dritten und vierten Spiegel angekoppelt ist_o Das Ausgleichssystem umfaßt einen Stützarm, der oberhalb des zweiten Spiegels am oberen Ende des vertikalen Schwenkrohres montiert ist und sich um eine erste Achse schwenken läßt, die parallel zur Achse des horizontalen Armabschnittes zwischen dem zweiten und dritten Spiegel ist_o An den Gelenkarm ist das Ausgleichssystem mittels einer Kardanaufhängung angekoppelt, welche mit dem Stütz- oder Ausgleichsarm an einer zweiten Achse und mit dem Gelenkarm an einer dritten Achse verbunden ist, wobei diese beiden Achsen zu der genannten ersten Achse parallel sind. Die Kardanaufhängung bzw. das Kardangelenk kann sich frei um den Abschnitt des Gelenkarmes, an welchem sie bzw«, es befestigt ist, drehen. Durch dieses Merkmal werden die Trägheitsmomente des Gelenkarmes und des Ausgleichssystems gegenseitig entkoppelt. Das Ausgleichssystem umfaßt ferner ein Gegengewicht, das so angeordnet ist, daß der Schwerpunkt des Ausgleichssystems und der von diesem getragenen Last auf der Achse des vertikalen Schwenkrohres liegt_e Diese Anordnung hat zur Folge, daß von den Lagerbüchsen^ an denen sich der dritte Spiegel dreht, praktisch kein Gewicht

409816/1112 " ⁵ "

übernommen werden muiB und dadurch die Abnutzung entsprechend niedrig ist«, Dadurch bleibt die Ausrichtung des Laserstrahls mit der Achse des Gelenkarms stets unverändert gleich.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen?

Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer Laser-Vorricn-

tung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf Teile der Laser-Vorrichtung

nach Fig. 1 ₉

Fig. 3 eine isometrische Ansicht einer Kardanaufhängung

an der Laser-Vorrichtung nach Fig. 1_S

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Justier- oder Ausrichtspiegel, das vertikale Schwenkrohr und einen Abschnitt des Gelenkarmes der Laser-Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 5 einen schematisierten Querschnitt durch den Gelenkarm der Laser-Vorrichtung nach Fig· 1.

Die als Ausführungsbeispiel dargestellte Laser-Vorrichtung, vergleiche Fig. 1 und 2, umfaßt ein Gehäuse 10, ein teleskopartiges vertikales Rohr 20, das ,mit dem Gehäuse verbunden ist, ein horizontales Glied 30, das as oberen Ende des Rohres 20 angebracht ist und einen nicht gezeigten, in horizontaler Richtung bewegbaren Wagen unterstützt, eine optische Bank 40, diean dem Wagen angebracht ist und einen Laser 45 umfaßt, einen Gelenkarm 50, der an sinem vertikalen Schwenkrohr 48 auf der Bank 40 angebracht ist, ein Ausgleichs- oder Gegengewichtssystem 60, welches den Gelenkarm 50 unterstützt, eineα Manipulator

16/1112 » 6 - .

am Ende des Gelenkarmes 50 und einen fußbetätigbaren Schalter 80 zur Steuerung der Arbeitsweise des Lasers. Das vertikale Schwenkrohr 48 und der Gelenkarm 50 bilden hohle Gehäuse, entlang' deren Achsen der Laserstrahl vom Laser 45 zum Manipulator 70 geleitet wird. Am Gehäuse 10 ist ein Steuerpult 15 vorgesehen, während innerhalb des Gehäuses 10 die elektronischen Einrichtungen, eine Vakuumpumpe und ein Gasvorrat für den Laser angeordnet sind. Die Rohrverbindungen zwischen der. Vakuumpumpe und dem Gasvorrat einerseits und dem Laser andererseits und die notwendigen elektrischen Verbindungen sind nicht dargestellt, um die Zeichnung übersichtlich zu halten. Aus dem gleichen Grunde sind die üblichen Details des teleskopartigen Rohres und Einzelheiten der Anbringung des in horizontaler Richtung bewegbaren Wagens fortgelassen.

Bei der Benutzung der Vorrichtung wird die Stellung des Gelenkarmes zuerst durch Einstellig des Rohres 20 auf den gewünschten Auszug und Positionierung des Wagens an einer günstigen Überkopf-Stelle eingerichtet. Anschließend werden die Stellorgane des Steuerpultes 15 zur Festlegung der Ausgangsleistung des Lasers und gewünschtenfalls der Dauer der Leistungsabgabe eingestellt. Alternativ kann die Dauer der Leistungsabgabe aber auch durch den Fußschalter 80 gesteuert werden·

Wie bereits angegeben, wird der Laserstrahl mittels einer Reihe von an dem Gelenkarm angebrachten Spiegeln längs der Achse des Gelenkarmes 50 zum Manipulator 70 geleitet. Die Spiegel sind in Gehäusen 120, 130, 140, 150, 160, 170 und 180 untergebracht, vergl. Fig. 1 und 5. Die Spiegelgehäuse 130 bis 180 sind an hohlen Lagerbuchsen 132, 142, 152, 162, 172 bzw. 182 angebracht. Da jeder Spiegel u* die Achse der Lagerbuchse, an welcher er angebracht ist, gedreht werden kann, ist es mög-

lieh, die Positionen der Spiegel relativ zueinander zu verän- * dern. Als Konsequenz dessen ist es möglich, den Laserstrahl so zu lenken, daß sowohl die Stellung als auch die Richtung des den letzten Spiegel verlassenden Laserstrahls variiert werden kann. Die Lagerbuchsen ermöglichen nicht nur die Drehung der ·

40 9 816/1112 . _ _

Spiegel-um Hire Achsen, sondern bilden gleichzeitig die Stützen für die Spiegelgehäuse im Gelenkarm 50. .Das Spiegelgehäuse 130 ist mit der Lagerbuchse 142 über ein Verlängerungsrohr 134 und das Spiegelgehäuse 150 mit 'der Lagerbuchse 162 über ein Verlängerungsrohr 154 verbunden.

Damit das Gewicht und die Ausmaße des Gelenkarmes möglichst gering werden, bilden alle Lagerbuchsen hochpräzise Lager mit engen Toleranzen« Ferner sind weiter unten in Verbindung mit Fig. 4 erläuterte, geeignete Mittel zur genauen Ausrichtung des Laserstrahls mit der Achse des Gelenkarmes vorgesehen» Durch die Maßnahmen ist es möglich, beim Gelenkar;n Spiegel, Lager und Rohre zu benutzen, deren Durchmesser und daher auch deren Gewicht erheblich kleiner als bei den zur Zeit in Benutzung befindlichen Geräten ist«,

Außerdem ist der Gelenkarm 50 mittels des Ausgleichssystems 60 sehr genau ausbalanciert.. Das Ausgleichssystem 60 umfaßt eine Aufhängung 61 j, einen Stützarm 62, ein Gegengewicht 63 und ein Kardangelenk 64_O Der Stützarm 62 ist in der Aufhängung 61 an einer Achse 65 angebracht, die parallel zur Achse der Lagerbuchse 132 und der Richtung des Laserstrahles in dieser ist. Wie am deutlichsten aus Fig. 3 hervorgeht, ist das Kardangelenk 64 mit dem Gegengewichts- oder Stützarm 62 an einer zweiten Achse 66 verbunden," die parallel zur Achse 65 ist„ Zur Verbindung des Gelenkarmes 50 mit dem Kardangelenk 64 ist eine Buchse 68 vorgesehen, die um eine dritte, zur Achse 65 parallele Achse 67 schwenkbar ist„ Die Buchse 68 des Kardangelenkes. 64 kann sich frei um die Längsachse des Verlängerungsrohres 134 drehen, wodurch die Trägheitsmomente des Gelenkarmes und des Äusgleichssystems voneinander entkoppelt werden«, Um ein Verklemmen des Ausgleichssystems und des Gelenkarmes zu verhindern, sind die Achsen 66 und 67 in ihren Fassungen lose montiert, so daß sie bezüglich ihrer Stellungen etwas Spiel haben.· Entsprechend sind diese Achsen nur angenähert parallel.

1

409816/ 1 112

Aus Fig. 4 geht hervor, daß die Achse 65, um welche der Stützarm 62 schwenkt^ auf die Achse des vertikalen Schwenkrohres 48 zentriert ist«, Außerdem ist das Gegengewicht 63 so angeordnet j daß der Schwerpunkt des Ausgleichssystems und der von ihm getragenen Last auf der Achse des vertikalen Schwenkrohres 48 liegt«, Entsprechend ist die Last des Gelenkarmes und des Ausgleichssystems selbst dann ausbalanciert, wenn der Gelenkarm 50 um das Schwenkrohr 48 dreht und/oder das Verlängerungsrohr 134 des Gelenkarmes 50 nach oben oder unten bewegt wird. Dies bedeutet, daß die von der Lagerbuchse 132 zu übernehmende Last ein Minimum'ist. Praktisch wirken auf dieses Lager keine Querkräfte. Daher ist die Abnutzung des Lagers äußerst gering. Entsprechend ist es relativ leicht,' die optische Ausrichtung des Gelenkarmes 50 aufrechtzuerhalten.

Da der Durchmessers des Kanals im Gelenkarm 50 relativ klein ist, um die Ausmaße des Gewichts des Gelenkarmes niedrig zu halten, ist eine genaue Ausrichtung'des Laserstrahls mit der Achse des Gelenkarmes wichtig, so daß die Ausbreitungsrichtung stets koinzidentmit dieser Achse ist. Die Ausrichtung, vergleiche Fig. 4, wird durch Justierung eines zur Ausrichtung dienenden Spiegels 116 bewerkstelligt, der an der optischen Bank 40 so angebracht ist, daß der einfallende Laserstrahl die Achse des vertikalen Schwenkrohres 48 an der RefIe xjLonsflache des Spiegels unter einem Winkel durchsetzt, bei welchem eine durch die Winkel-halbierende des Winkels zwischen dem Laserstrahl und der Achse gehende Ebene senkrecht auf dem Spiegel steht. Bei Einhaltung dieser Bedingungen ist der reflektierte Laserstrahl mit der Achse des Schwenkrohres koinzident. Da dieses Schwenkrohr den ersten Abschnitt des Gelenkarmes darstellt, befindet sich dann der Laserstrahl in Ausrichtung mit der Achse des Gelenkarmes.

Der Spiegel 116 ist auf einer üblichen, ringförmigen Spiegelfassung 117 angebracht, deren Stellung mittels dreier mit gleichem gegenseitigen Abstand vorgesehener Justierschrau-

409816/1112 _Q

ben 118, von denen nur eine gezeigt ist, variiert werden kann. Die Justierschrauben stützen sich an einem Ring 119 aus abnutzungsfestem Metall ab, der auf einer Buchse 211 montiert ist. Sie drücken gegen eine von drei anderen, nicht gezeigten in die Buchse 211 eingeschraubten Schrauben erzeugte Vorspannung«, Die Buchse 211 paßt zu einer zweiten Buchse 212, die mittels einer Klammer 214 und mehreren, im. gleichen gegenseitigen Abstand vorgesehenen Schrauben 215_s von denen nur eine gezeigt ist, an einer vertikalen Wand 220 befestigt'ist, " diei steif mit der optischen Bank 40 verbunden ist» Die Buchse 211 läßt sich in Längsrichtung innerhalb der Buchse 212 verschieben oder darin verdrehen^ um die richtige Ausrichtung zu erzielen,, Nach beendeter Ausrichtung wird die Stellung der Buchse 211 innerhalb der Buchse 212 mittels dreier, Klemmschrau-

ben fixiert, die in entsprechendes, mit gleichem gegenseitigen Abstand vorgesehene Ansätze 217 eingeschraubt"sind, von denen nur.einer gezeigt ist*· Zur Ausrichtung lassen sich die Buchsen 211 und 212 auch nach Lösen der Schrauben 215 und dadurch der Klammer 214 vertikal und horizontal bewegen,,

Mit der beschriebenen Anordnung läßt sich eine grobe Ausrichtung des Spiegels 116 durch entsprechende Positionierung der Buchsen 211 und 212 in der Klammer 214 und durch Einstellung der Buchse 211 in der gewünschten seitlichen und winkelmäßigen Beziehung zur Buchae 212 herbeiführen» Anschließend erfolgt eine Feineinstellung des Spiegels 116 mittels der Justierschrauben 118₀ Nach abgeschlossener .justierung kann eine Abdeckplatte 111 aufgeschraubt werden_o Weitere Justierungen des Systems sind selten notwendig,, Falls trotzdem einmal eine Nachjustierung erforderlich ist_s ist diese leicht durch Einstellung des Spiegels 116 bewerkstelligbar₃

Auf der linken Seite der Wand 220 in Fig_o 4 ist ein Sicherheitssystem zur Steuerung des Laserausgangs' angebracht. Ein mit einer geneigten Fläche 254 versehener Blendenf lügal.'

ν f f !"""'■■ " ν.ν," 409816/7112

- ίο -

232 ist im Weg des Laserstrahles angebracht, um einen einfallenden Strahl -zu einer Wärmesenke 47 abzulenken, die an der Oberseite der optischen Bank vorgesehen ist. Wenn der Laser nicht benutzt wird, wird der Blendenflügel 232 im Weg des Laserstrahls angeordnet, um jede ungewollte Weiterleitung des Laserstrahls durch den Gelenkarm zu unterbinden. Wenn der Laserstrahl benutzt werden soll, wird einem Betätigungsmagnet oder -motor 236 eine Spannung zugeführt, wodurch der Blendenflügel 232 aus dem Weg des Laserstrahls herausbewegt wird»

In Figo 4 -sind außerdem v/eitere Einzelheiten des vertikalen Schwenkrohres 48, der Spiegel 126 und 136 und der Aufhängung 61 gezeigt«. Das vertikale Schwenkrohr 48 umfaßt ein Rohr 240, das mittels eines ersten Kegellagers 241, 242 gehalten und mittels eines zweiten Kegellagers 243, 244 zentriert ist. Beim zweiten Kegellager wird das das Rohr 240 unmittelbar umgebende Kegellagerelement 243 mittels einer Feder 245 gegen das Kegellagerelement 244 gedrückt. Die Feder 245 ist in Buchsen 246 und 247 angebracht und mittels einer Schraubmutter an dem Rohr 240 befestigt. Ein Kugellagerring 249 zwischen der Buchse 247 und der Schraubmutter 248 ermöglicht die Drehung des Rohres 240 im Schwenkrohr 48«, Obwohl das gesamte Gewicht des Gelenkarmes 50 und des Ausgleichssystems 60 vom Kegellager 241, 242 übernommen wird, hat die sich daraus ergebende Abnutzung praktisch keinen Einfluß auf die Ausrichtung des Gelenkarmes, da aufgrund der konischen Gestalt der Lagerkörper 241 und 242 in Verbindung mit dem Lager 243, 244 ständig eine selbsttätige Nachjustierung der Ausrichtung stattfindet. Damit eine Nach justierung bei der Abnutzung möglich ist, besitzt das konische Lagerelement 243 auf der Unter- und auf der Oberseite Erhebungen, so daß es sich unter der axial nach oben gerichteten Kraft der Feder 245 radial zusammenzieht.

Der Spiegel 126 ist unmittelbar oberhalb des Spiegels 116 angeordnet und um die Achse des vertikalen Schwenkrohres drehbar. Der Spiegel 126 besitzt eine übliche Fassung in seinem

4098 16/ 1 1 1 2 - 11"- "

Gehäuse, die derjenigen des Spiegels 1.16 in der Buchse 211 gleicht und daher nicht näher beschrieben ist. Der Spiegel 136 ist in ifr gleichen horizontalen Ebene wie der Spiegel 126 angebracht, und zwar wiederum mittels einer üblichen Fassung. Die Kriterien der Justierung dieser Spiegel sind die gleichen wie für den Spiegel II6 und die anderen Spiegel des Gelenkarmes 50: Die Ausbreitungsrichtung des von dem jeweiligen Spiegel reflektierten Laserstrahles sollte mit "der Achse des Lagers oder des Rohres, entlang welchem die Ausbreitung stattfindet, koinzident sein„

Der Spiegel 136 ist um den einfallenden Laserstrahl mittels einer Lagerbuchse.132 drehbar. Die Lagerbuchse bzw. das Buchsenlager 132 'umfaßt eine erste und eine zweite Buchse 251 und 252, verschraubte Halteelemente 254 und 255, Lagerringe 257 und 258 aus Teflon und einen Haltering 259* Die Elemente des Buchsenlagers 132 ermöglichen nicht nur eine Drehung des Spiegels 136 über volle 360°, sondern stellen auch sicher, daß das Lager 132 im wesentlichen senkrecht zum vertikalen Schwenkrohr 48 bleibt.

Über dem Spiegel 126 am vertikalen Schwenkrohr 48 ist die Aufhängung 61 für das Ausgleichssystem 60 angebracht. Der Stützarm 52 ist auf einer Achse 65 gelagert, die parallel zur Achse der Lagerbuchse 132 und der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls vom Spiegel 126 zum Spiegel I36 ist. Die Achse ist in einem Lager 261 befestigt, das in der Halterung öl mittels Unterlegscheiben 263 und 264, Abstandsstücken 265, auf die beiden Enden der Achse 65 aufgeschraubte Muttern 266 und einer Abdeckung 268 befestigt ist.

Weitere Einzelheiten der Konstruktion des Gelenkarmes 50 und des Manipulators 70 sind in Fig. 5 gezeigt. In der zeichnerischen'Darstellung ist der Gelenkarm in zwei Dimensionen ausgelegt und alle Spiegel des Gelenkarmes sind so angeordnet, daß sie auf der Zeichenebene senkrecht stehen«, Natürlich wäre in der Praxis die Trennung des Ausgleichssystemsvom; Gelenkarm notwendig, um diese Beziehung der Einzelteil^'des-Gelenk- · " armes zu erreichen. -

81£/1112 ^ 12 -

Wie bereits in Verbindung mit Fig. 4 angegeben wurde, sind die Spiegel 126 und 136 in den Spiegelgehäusen 120 und 130 mittels üblicher Mittel befestigt und lassen sich jeweils um eine Lagerachse drehen, entlang welcher sich der auf den jeweiligen Spiegel einfallende Laserstrahl ausbreitet. Die Spiegel 146, 156, 166, 176 und 186 sind in gleicher Weise mittels üblicher Mittel in Spiegelgehäusen 140, 150, 160, 170.bzw. 180 angebracht und lassen sich jeweils um die Achse der Lagerbuchse 142, 152, 162, 172 bzw. 182 drehen. Damit die Fig. 5 nicht unnötig kompliziert wird, sind Einzelheiten dieser Spiegelgehäuse und der Lager fortgelassen; aus Fig. 4 sind entsprechende Einzelheiten als Beispiel ersichtlich. Natürlich können die Spiegelgehäuse oder -fassungen und die Lagerbuchsen für die einzelnen Spiegel unterschiedlich sin. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, zum Manipulator-Ende hin des Gelenkarmes kleinere Gehäuse oder Fassungen und Lager zu benutzen. Zahlreiche übliche Fassungen und Lager sind zu diesem Zweck erhältlich. Zur Ausrichtung des Gelenkarmes ist jeder einzelne der Spiegel bis 186 so ausgerichtet, daß der jeweils einfallende Laserstrahl in Richtung der Achse der folgenden Lagerbuchse reflektiert wird. Bei dem speziellen, in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel betragen alle Winkel zwichen dem einfallenden und dem reflektierten Strahl 90°; entsprechend stehen die Spiegel unter einem Winkel von 45° zum einfallenden Strahl, wobei die Ebene durch die Winkelhalbierende des Winkels zwischen dem einfäHenden und dem reflektierten Laserstrahl senkrecht auf der Reflektionsflache des Spiegels steht.

Die Spiegelgehäuse bzw. Fassungen sind mit den benachbarten Gehäusen durch zwischengeschaltete Lagerbuchsen verbunden. Die Verbindungen zwischen den Gehäusen 130 und 140 und zwischen den Gehäusen 150 und 160 umfassen außerdem Verlängerungsrohre 134 bzw. 154. Die Achse jedes Verlängerungsrohres fluchtet mit der Achse der Lagerbuchse, mit welcher es, wie in Fig. 5 gezeigt, verbunden ist. Das Kardangelenk 64 am Ausgleichssystem 60 ist mit dem Gelenkarm 50 am einen Ende des Verlängerungsrohres verbunden.

409816/1112 - 13 -

Aus Fig. 5 geht ferner hervor, daß der auf den Spiegel 126 einfallende Laserstrahl nacheinander an den Spiegeln 136, 146, 156, 166, 176 und 186 durch den Gelenkarm 50 hindurch reflektiert wird, bis er schließlich den Arm in Richtung der Achse einer weiteren Lagerbuchse 192 verläßt und in den Manipulator 70 eintritt. Da die Spiegel so ausgerichtet sind, daß der Laserstrahl .sich in Richtung der Achsen der einzelnen Sagerbuchsen ausbreitet, wird die Stellung des Strahls bezüglich des Eingangs zum Manipulator 70 bei einer Drehung irgendeines der Spiegel und der zugeordneten Lagerbuchsen nicht verändert« Wach Austritt aus dem Gelenkarm breitet sich der Laserstrahl in Richtung der Achse des Manipulators aus und wird mittels einer Linse 72 auf einen Punkt, an welchem die Laserenergie benötigt wird, fokussiert.

Um das Verspritzen von verdampftem Gewebe und Blut, am - Manipulator 70 zu reduzieren, wird zweckmäßigerweise am Arbeitsende 73 des Manipulators 70 ein Gas-Überdruck erzeugte Dazu kann beispielsweise der Manipulator 70 mit einem Stutzen 74 versehen sein, auf welchen ein Gaszuführschlauch 7.6 aufgeschoben ist. Zur Weiterleitung des Gases vom Stutzen 74 um die Linse 72 herum zum Arbeitsende 73 des Manipulators sind nicht gezeigte Kanäle vorgesehen. Bisher war es üblich, den Gas-Überdruck mit Luft zu erzeugen. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß ein inertes Gas, wie beispielsweise Stickstoff, Helium, Neon,- Argon und ähnliche, vorzuziehen ist. Der gezeigte Manipulator'soll nur als Beispiel dienen. Es können ohne weiteres viele verschiedene andere Manipu-

latoren auf das offene Ende der Lagerbuchse 192 aufgesteckt werden. Verwendbare Manipulatoren sind in einer am gleichen Tage eingereichten Patentanmeldung des Anmelders mit dem Titel "Laserstrahl-Manipulator" und in einer am 10. Oktober 1973 eingereichten Patentanmeldung des Anmelders mit dem amtlichen Aktenzeichen P 23 50 893.2 beschrieben. .

Zwafc werden Spiegel zur Umlenkung des Laserstrahls bevorzugt, jedoch können auch andere reflektierende Elemente anstelle der Spiegel verwendet werden. Beim erläuterten Ausführungsbeispiel

- 14 4 0 9 8 16/1112

2 3 5AS ^O

ist jeder Spiegel im Gelenkarm vorzugsweise so angebracht, daß er nur um die Achse des Rohrelementes gedreht werden kann, entlang welchem sich der einfallende Strahl ausbreitet. Es ist aber .auch möglich, einen oder mehrere Spiegel mit mehr als einem Freiheitsgrad der Bewegung zu verwenden. Hierzu wird auf einen Aufsatz von A.D. Beach, "A Laser Manipulator for Surgical Use", Journal of Scientific Instruments, Ser. 2, Vol. 2. No. 11, Seiten 931 bis 932, (November 1969) verwiesen. Die Eigenschaften des verwendeten Laserstrahls können so sein, daß die Energie zur Mittendes Laserstrahls zunimmt«, Es können aber auch Laserstrahlen mit abweichenden Querschnitten, beispielsweise mit einem ringförmigen Querschnitt? verwendet werden. Der Zweck eines Laserstrahls mit ringförmigem Querschnitt ist in der älteren der beiden oben angegebenen Anmeldungen des Anmelders beschrieben.

Bei einer sehr bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Abstand zwischen den Spiegeln 126 und 136 und zwischen den Spiegeln 146 und 156 ungefähr 9,6 cm. Der Abstand zwischen den Spiegeln 136 und 146 ist ungefähr 70 cm und der Abstand zwischen den Spiegeln 156 und 166 liegt in der gleichen Größenordnung, Der Abstand zwischen den Spiegeln 166 und 176 und zwischen den Spiegeln 176 und 186 ist so klein v/ie möglich und beträgt typischerweise 4,8 cm. Zwar werden diese Absisnde zur Zeit bevorzugt, jedoch können natürlich auch andere Abstände verwendet werden. Im Bedarfsfalle kann auch eine Teleskopanordnung im Verlängerungsrohr 154 vorgesehen sein.

Ansprüche

69X1 ' ' ,

4098 16/1112

Claims

ANSPRÜCHE

1.) Laser-Vorrichtung *insbesondere für chirurgische Zwecke mit einem Laser und einem Gelenkarm, an dem mehrere optisch hintereinander geschaltete', reflektierende Elemente zur Weiterleitung des Laserstrahles vom Laser zu einem Manipulator am Ende des Gelenkarmes vorgesehen sind, durch dessen Handhabung Lage und/oder Richtung des Laserstrahles im Manipulator veränderbar sind, dadurch . gekennzeichnet, daß mindestens ein Abschnitt (130 - 180) des Gelenkarmes (50) um eine erste Achse (132) schwenkbar ist, daß an einem.Punkt (64) dieses Abschnittes ein Stützarm (62) angekoppelt ist, der um eine zweite, mit Abstand parallel zur ersten angeordnete Achse (65) schwenkbar ist, und daß sowohl der Gelenkarm als auch der Stützarm von der gleichen Stützvorrichtung (48) gehalten sind«

2„ Laser-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkarm (50) und der Stützarm (62) von der Stützvorrichtung (48) schwenkbar gehalten sind.

3. Laser-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennze ichne. t , daß die Stützvorrichtung ein vertikales Schwenkrohr (48) ist.

4„ Laser-Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Schwenkrohr (48) ein Kegellager (241, 242) umfaßte ,

5o Laser-Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4„ dadurch gekennzeichnet, daß die erste Achse und die zweite Achse beide horizontal verlaufen und die zweite Achse, die vertikale Achse des Schwenkrohres (48) durchsetzt«'

4 0 9 8 16/1112

6. Laser-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Stützarm (62) an den Gelenkarm (50) mittels eines Gelenkes (64) angekoppelt ist, mit dem der Gelenkarm und der Stützarm um zueinander und zur ersten und zweiten Achse (132; 65) parallele dritte und vierte Achsen (67; 66) schwenkbar verbunden sind.

7«. Laser-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Stützarm (62) ein Gegengewicht (63) trägt.

8. Laser-Vorrichtung nach Anspruch 3 und 7, dadurch ge-, kennzeichnet , daß der Schwerpunkt des Gelenkarmes (50), des Stützarmes (62) und des Gegengewichtes (63) ungefähr in der vertikalen Achse des Schwenkrohres (48) liegt.

9. Laser-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Trägheitsmomente des StUtzarmes (62) und des Gelenkarmes (50) voneinander entkoppelt sind.

10. Laser-Vorrichtung nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet , daß das zur Ankopplung des Stützarmes (62) an den Gelenkarm (50) dienende Gelenk (64) um den Abschnitt (134) des Gelenkarmes, mit dem es verbunden ist, drehbar ist.

11. Laser-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Laser (45) ein erster, gegenüber dem Laser ortsfester Spiegel (116) angeordnet ist, welcher den Laserstrahl in Richtung eines vorgesehenen Strahlweges im Gelenkarm (50)" ablenkt, und daß dem Spiegel eine Justiereinrichtung (117-119) zugeordnet ist zur Einstellung der Lage des Spiegels derart, daß der im Schnittpunkt des Strahlweges mit dem Spiegel auf diesen einfallende Laserstrahl in Richtung des Strahlweges weiterläuft«,

40 98 16/1112 " ³ "

12. Laser-Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlweg hinter dem ersten Spiegel' (116) mit der Drehachse eines ersten schwenkbaren Elementes (48) des Gelenkarmes (50) zusammenfällt.

13„ Laser-Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Gelenkarm mehrere miteinander verbundene Rohrelemente (z.B. 132) umfaßt und der Strahlweg entlang den Längsachsen der Rohrelemente verläuft.

14. Laser-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge kenn ze ichnet , daß der Gelenkarm (50) mindestens eine "Lagerbuchse (z.B. 132) umfaßt..

15. Laser-Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet , daß im Gelenkarm (50) aufeinanderfolgende Rohrelemente (z.B. 132; 142) um zueinander senkrechte Achsen schwenkbar und die Spiegel (z.B. 136) des Gelenkarmes innerhalb desselben angeordnet sind.

16. Laser-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß eine optische Bank (40) zur Halterung des Lasers (45) mit horizontaler Richtung seines Laserstrahles vorgesehen ist.

17. Laser-Vorrichtung nach Anspruch 11 und 16, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Spiegel (116) an der optischen Bank (40) angebracht ist.

18. Laser-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis -17, dadurch gekennzeichnet , daß am Arbeitsende (73) des Manipulators (70) mittels eines inerten Gases ein Gasüberdruck erzeugbar ist. '.

4 0 9816/1112