DE2412690C3 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zerstörung von Steinen in den Harnwegen, insbesondere von
Harnleiter- und Nierensteinen, mittels einer über die Harnröhre bis an die Steine heranführbaren schwingerregten
Sonde. Derartige, als Lithotriptoren bezeichnete Einrichtungen ermöglichen die Zerstörung der Steine
an Ort und Stelle, so daß dem Patienten ein operativer Eingriff erspart bleibt.
Auf dem Gebiete der Zerstörung von Blasen-, Harnleiter- und Nierensteinen sind bisher bekanntgeworden:
1) Die elektrohydraulisch^ Lithotripsie
2) Die Ultraschallithotripsie
3) Eine Vorrichtung, mit deren Hilfe ein langer, dünner, biegsamer Lithotriptor zu longitudinalen
und transversalen Bewegungen großer Amplitude erregt werden kann.
Bei der elektrohydraulischen Lithotripsie werden in einem flüssigen Medium elektrische Überschläge in
unmittelbarer Nähe des Steins erzeugt. Die auftretenden Druckwellen führen zur Steinzerstörung. Zur 5s
Realisierung dieses Verfahrens benötigt man eine Sonde, in welcher zwei hochspannungsführende Leitungen
zur Arbeitsfunkenstrecke führen. Die Anwendung dieses Verfahrens im Harnleiter und in der Niere wird
schon seit langem diskutiert und in Versuchen erprobt, doch konnte bisher keine allgemein verwendungsfiihige
Sonde realisiert werden.
Die Steinzerstörung· durch Ultraschall wird in letzter Zeit erfolgreich bei Blasensteinen angewendet. Man
benutzt dabei einen außerhalb des Körpers betriebenen Ultraschallwandler und leitet den Schall nach einer
Amplitudentransformation über einen Ultraschalleiter zum Operationsgebiet. Der Einsatz dieser Methode im
Harnleiter und in der Niere wird zur Zeit im Laboratorium untersucht, doch konnten bisher keine
praktischen Erfolge damit erzielt werden.
Die an dritter Stelle genannte Vorrichtung benutzt
ebensio wie die Ultraschallanordnung eine Longitudinalbewegung der Sondenspitze zur Steinzerstörung. Diese
Längsbewegungen werden jedoch im Gegensatz zum Ultraschall nicht als periodische, etwa sinusförmige
Bewegungen erzeugt, sondern sind Stoßbewegungen mit steilem Anstieg und großer Amplitude. Dadurch
wird der Lithotriptor sowohl zu einer longitudinalen als auch transversalen gedämpften Eigenschwingung angeregt,
so daß die Probleme der Resonanzbestimmung wegfallen. Am Arbeitsende der Sonde tritt immer ein
Bewegungsbauch auf. Die Stoßfolge beträgt je nach Generatorausführung 50 bis 100 Hz, so daß in den
Pausen die Energie dissipiert werden kann.
Die beschriebenen bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß eine Anwendung im Harnleiter oder im
Bereich der Niere ohne direkte Sicht, bestenfalls unter Röntgenkontrolle erfolgen muß. Das Fehlen einer
visuellen Kontrollmöglichkeit bedeutet jedoch eine längere Eingriffszeit und eine verminderte Sicherheit
für den Patienten.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung der eingangs genannten Art, welche
die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet und die es gestattet, Steine im Harnleiter und in der Niere
unter visueller Kontrolle zu zerstören. Diesem Vorhaben steht als erschwerend der Umstand entgegen, daß
für eine in den Harnleiter einführbare Sonde ein maximaler Außendurchmesser von etwa 3,5 mm zur
Verfügung steht. In diesem kleinen Querschnitt müßten also Lichtleiter, Bildleiter, ein Spülkanal und der
Lithotriptor untergebracht und in einem biegsamen Katheter geführt werden. Außerdem muß die gesamte
Anordnung auch die strengen Anforderungen, die an ein Operationsinstrument gestellt werden, erfüllen. Der
derzeitige Stand der Technologie erlaubt es nicht, alle diese Elemente in einem gemeinsamen Katheter
unterzubringen.
Die Erfindung bietet trotz dieser erschwerten Verhältnisse eine überraschend einfache Lösung des
geschilderten Problems, welche darin besteht, daß die Sonde ein zur Beleuchtung des Operationsfeldes
dienendes flexibles Lichtleitsystem enthält, das zumindest über einen Teil seiner Länge als Energiewandler
ausgebildet und auch dem Licht einer gepulsten Lichtquelle ausgesetzt ist, wobei der Energiewandler die
von der gepulsten Lichtquelle eingestrahlte optische Energie absorbiert und eine als Stoßenergie an der
Sondenspitze wirksame Wärmeausdehnung erfährt. Eine solche Einrichtung trägt den engen Verhältnissen
im Harnleiterbereich dadurch Rechnung, daß das Lichtleitsystem nicht nur das zur Beleuchtung des
Operationsfeldes notwendige Licht liefert sondern daß es auch die Aufgabe der Erzeugung und des Transportes
der zur Steinzerstörung erforderlichen Energie übernimmt. Der Sondenaufbau reduziert sich dadurch auf
Lichtleiter, Bildleiter und Spülkanal, deren Unterbringung auch bei den beengten Verhältnissen im Harnleiter
möglich ist.
Die Lichtquelle bzw. das Material des Lichtleiters werden so gewählt, daß das emittierte Licht in dem als
Energiewandler dienenden Teil des Lichtleitsystems absorbiert wird. Dadurch kommt es in diesem Abschnitt
zu einer Erwärmung und damit zu einer spontanen Wärmeausdehnung des Lichtleiters bei jedem Lichtpuls
der Lichtquelle. Diese Wärmeausdehnung führt zu einer Stoßbewegung an der Sondenspitze, die zur Steinzerstörung verwendet werden kann. Da der Bewegungsablauf der Sondenspitze durch den Verlauf der
Lichtemission gesteuert wird, können auch sehr kurz s dauernde, wirksame Schlagimpulse erzielt werden.
Aus dem Buch »Naturwissenschaftliche Rundschau«, Band 19, Nummer 4,1966, Seite 154 bis 156 ist es bereits
bekannt. Ultraschall durch Interferenzbildung zwischen
zwei Laserstrahlen zu erzeugen. Diese Methode, bei der ein doppeltes Leitr-ystem für Laserlicht unterschiedlicher
Frequenz dazu benutzt wird, um das bestrahlte Medium zu Interferenzschwingungen anzuregen, unterscheidet
sich aber grundsätzlich von dem bei der erfindungsgemäßen Einrichtung benutzten System der
Energieumwandlung. Die bekannte Anordnung könnte im übrigen bei einer Einrichtung zur Zerstörung von
Steinen in den Harnwegen nicht angewendet werden, weil die Enge der Harnwege die Unterbringung zweier
getrennter Lichtleitsysteme nicht zuläßt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Lichtleitsystem in an sich bekannter Weise von
massiven Leitern oder Kapillarleitern gebildet sein. Je nach dem Anwendungsfall kommen also als Material
sowohl für das optische System als auch für den Energiewandler faserförmig ausgebildete Festkörper
oder aber in Kapillaren gefüllte Flüssigkeiten in Betracht. In beiden Fällen ist der zeitliche Verlauf der
erzielbaren Längenänderung des Lichtleitsystems von der Impulsform der verwendeten Lichtquelle abhängig.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Lichtleitsystem aus einem z. B. als Lichttrichter
ausgebildeten Lichtleiter und dem an diesen anschließenden Energiewandler bestehen. Hierbei kann durch
Wahl des Längenverhältnisses von Lichtleiter und Energiewandler u. a. unter Berücksichtigung des Durchmessers
bei vorgegebener Gesamtlänge des Gerätes der Arbeitshub an der Sondenspitze unterschiedlich
groß festgelegt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgedankens
kann schließlich der Energiewandler eine auf die Wellenlänge der Lichtquelle abgestimmte
Einfärbung aufweisen. Durch diese Einfärbung wird die eingestrahlte Energie über die gesamte Länge des
Energiewandlers absorbiert. Die Lichtabsorption führt zu einer Erwärmung und damit zu der bereits
erwähnten, für die Steinzerstörung benutzten schlagartigen Wärmeausdehnung des Energiewandlers.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand 2ines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Die einzige Figur zeigt den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung.
Als Lichtquelle des dargestellten Gerätes dient beispielsweise eine Laserdiode 1 mit großer optischer
Leistung. Das von der Diode 1 abgestrahlte Licht wird über ein optisches System 2, welches als Lichttrichter
ausgebildet sein kann, dem unmittelbar daran anschließenden Energiewandler 3 zugeführt. Der Energiewandler
3 besteht aus einem Material, das so eingefärbt ist, daß die von der Laserdiode 1 eingestrahlte optische
Energie auf seiner gesamten Länge absorbiert wird. Diese Lichtabsorption führt zu einer Erwärmung und
damit verbundenen Ausdehnung des Energiewandlers.
Die Lichtquelle wird intermittierend betrieben, so daß es bei jedem Lichtblitz zu der eben beschriebenen
Ausdehnung des Energiewandlers kommt. Durch eine geeignete Führung, die ein seitliches Ausweichen des
mit der Sonde über die Harnröhre bis an den Ort der Steinablagerung, beispielsweise also durch die Harnblase
hindurch bis in den Harnleiter oder die Niere, eingeführten flexiblen Energiewandlers verhindert und
durch Festhalten des der Lichtquelle 1 zugewendeten Endes wird das innere Ende des Energiewandlers 3
Schwingungen entsprechend der Folgefrequenz der Lichtblitze ausführen. Diese Stoßbewegung an der
Sondenspitze wird dazu benutzt, um den Stein bei gleichzeitiger visueller Beobachtung des Operationsgebietes
zu zerstören. Durch die Steuerung des Verlaufes der Lichtemission kann der Bewegungsablauf der
Sondenspitze so beeinflußt werden, daß auch sehr kurz dauernde wirksame Schlagimpulse auftreten.
Als Material für das optische System 2 und für den Energiewandler 3 kommen sowohl faserförmig ausgebildete
Festkörper als auch in Kapillaren gefüllte Flüssigkeiten in Frage. Es besteht die Möglichkeit, bei
vorgegebener Gesamtlänge der Anordnung das Längenverhältnis zwischen dem optischen System 2 und
dem Energiewandler 3 den jeweiligen Erfordernissen entsprechend zu wählen. In dem einen Extremfall kann
das optische System 2 nahezu die gesamte Länge betragen, wobei der Energiewandler 3 auf ein kleines
Volumen reduziert wird. Der andere Extremfall, bei dem Energiewaudler 3 nahezu die Gesamtlänge des Lichtleitsystems
in Anspruch nimmt, wird nachstehend an Hand eines konkreten Bemessungsbeispiels erläutert.
Es wird dabei von der Annahme ausgegangen, daß ein flüssigkeitsgefüllter Kapillarlichtleiter von 1 m Länge
und 50 μΐη Durchmesser zum Einsatz kommt. Die verwendete Flüssigkeit hat einen kubischen Ausdehnungskoeffizienten
ö=l,18.10-3/°C, eine spezifische Wärmekapazität cp = 0,996 Joule/g°C und eine Dichte
ρ = 1,263 g/cm3. Die verwendete Lichtquelle besteht aus einer Laserdiode 1 und besitzt eine optische Leistung
von 60 W und eine Impulsdauer von etwa 10 μς. Daraus
ergibt sich eine effektive Längenänderung je Lichtblitz von 0,1 mm.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Einrichtung zur Zerstörung von Steinen in den Harnwegen, insbesondere von Harnleiter- und
Nierensteinen, mittels einer über die Harnröhre bis an die Steine heranführbaren schwingerregten
Sonde, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde ein zur Beleuchtung des Operationsfeldes
dienendes flexibles Lichtleitsystem (2,3) enthält das zumindest über einen Teil seiner Länge als
Energiewandler (3) ausgebildet und auch dem Licht einer gepulsten Lichtquelle (1) ausgesetzt ist, wobei
der Energiewandler (3) die von der gepulsten Lichtquelle (1) eingestrahlte optische Energie
absorbiert und eine als Stoßenergie an der Sondenspitze wirksame Wärmeausdehnung erfährt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitsystem (2, 3) in an sich
bekannter Weise von massiven Leitern oder Kapillarleitern gebildet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitsystem aus einem
z. B. als Lichttrichter ausgebildeten Lichtleiter (2) und dem an diesen anschließenden Energiewandler
(3) besteht.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiewandler (3)
eine auf die Wellenlängen der Lichtquelle abgestimmte Einfärbung aufweist.
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