DE29610320U1 - Device for synchronizing a pulsed laser beam with a beating heart - Google Patents
Device for synchronizing a pulsed laser beam with a beating heartInfo
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Description
37191 Katlenburg-Lindau, Max-Planck-Straße l37191 Katlenburg-Lindau, Max-Planck-Strasse l
Vorrichtung zum Synchronisieren eines gepulsten Laserstrahls mit einem schlagenden HerzenDevice for synchronizing a pulsed laser beam with a beating heart
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Synchronisieren eines gepulsten Laserstrahls mit einem schlagenden Herzen, mit einer den Laserstrahl in Form einzelner Pulse abgebenden Lasereinrichtung und mit einer Auslöseeinrichtung zum Generieren eines Steuersignals, das bei der Lasereinrichtung jeweils die Abgabe eines Pulses oder einer Folge von Pulsen des Laserstrahls auslöst. Eine derartige Vorrichtung ist einsetzbar, um eine Laserbehandlung dels schlagenden Herzens genau zu solchen Zeitpunkten durchzuführen, in denen das Herz einen definierten Kontraktionszustand aufweist und in denen der auf das Herz auftreffende Laserstrahl zu keinen übermäßigen Irritationen des Herzmuskels führt. Dies ist besonders wichtig, wenn mit dem Laserstrahl Löcher in den Herzmuskel eingebracht werden sollen, über die das vom Herz gepumpte Blut die umfliegenden Bereiche desThe invention relates to a device for synchronizing a pulsed laser beam with a beating heart, with a laser device that emits the laser beam in the form of individual pulses and with a trigger device for generating a control signal that triggers the laser device to emit a pulse or a sequence of pulses of the laser beam. Such a device can be used to carry out laser treatment of the beating heart precisely at times when the heart has a defined state of contraction and when the laser beam striking the heart does not lead to excessive irritation of the heart muscle. This is particularly important if the laser beam is to be used to make holes in the heart muscle through which the blood pumped by the heart can reach the surrounding areas of the
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Herzmuskels mit Sauerstoff versorgt. Hierbei handelt es sich um eine neuere Methode zur Behandlung von insbesondere lokalen Mangeldurchblutungen des Herzmuskels.heart muscle is supplied with oxygen. This is a newer method for treating local insufficient blood flow to the heart muscle.
Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist aus der EP 0 553 576 Bl bekannt. Dort ist ein Elektrokardiograph (EKG) zum Registrieren der Kontraktionen und Expansionen des schlagenden Herzens vorgesehen, und eine Auslöseeinrichtung generiert ein Steuersignal zum Steuern einer den Laserstrahl abgebenden Lasereinrichtung in Abhängigkeit von dem Ausgangsignal des EKG. Als Nachteil der bekannten Vorrichtung stellt sich heraus, daß der Anwender an dem Ausgangssignal des EKG zwar erkennen kann, ob das Herz bislang regelmäßig geschlagen hat, daß hiermit aber keine sichere Vorhersage für die Zukunft möglich ist. So kann es passieren, daß direkt nach einer einen Laserpuls über das Ausgangssignal des EKG auslösenden Kontraktion des Herzens eine weitere Kontraktion erfolgt, ohne daß der übliche Abstand zwischen zwei Kontraktionen eingehalten wird. In diesem Fall trifft der Laserstrahl auf das schlagende Herz in Bezug auf die zweite Kontraktion zu einem falschen Zeitpunkt auf und es kann sowohl zu Beschädigungen als auch zu einer gefährlichen Irritation des Herzmuskels.A device of the type described above is known from EP 0 553 576 B1. An electrocardiograph (ECG) is provided there for registering the contractions and expansions of the beating heart, and a trigger device generates a control signal for controlling a laser device emitting the laser beam depending on the output signal of the ECG. The disadvantage of the known device is that the user can tell from the output signal of the ECG whether the heart has been beating regularly up to now, but that this does not allow a reliable prediction for the future. It can happen that directly after a contraction of the heart triggered by a laser pulse via the output signal of the ECG, another contraction occurs without the usual interval between two contractions being observed. In this case, the laser beam hits the beating heart at the wrong time in relation to the second contraction and this can cause damage to the heart muscle and dangerous irritation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, bei der die Gefahr eines zu einem falschen Zeitpunkt auf das schlagende Herz auftreffenden Pulses des Laserstrahls möglichst weitgehend ausgeschlossen ist.The invention is based on the object of demonstrating a device of the type described above in which the risk of a pulse of the laser beam striking the beating heart at the wrong time is excluded as far as possible.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Herzschrittmacher zum Stabilisieren des schlagenden Herzens vorgesehen ist. Mit dem Herzschrittmacher kann der Herzrhythmus in zuverlässiger Weise eingestellt oder beeinflußt werden, so daß überraschende Kontraktionen des Herzens weitestgehend ausgeschlossen sind. Dabei kann es sinnvoll sein, den Sinusknoten desAccording to the invention, this object is achieved by providing a pacemaker for stabilizing the beating heart. The pacemaker can be used to reliably adjust or influence the heart rhythm so that unexpected contractions of the heart are largely excluded. In this case, it may be useful to stimulate the sinus node of the
schlagenden Herzens beispielsweise medikamentös zumindest teilweise zu deaktivieren, damit es zu keinen Kollisionen zwischen der Eigenaktivität des Sinusknotens und der Beeinflussung des Herzens durch den Herzschrittmacher kommt.to at least partially deactivate the beating heart, for example with medication, so that there are no collisions between the sinus node's own activity and the influence of the pacemaker on the heart.
Die Auslöseeinrichtung zum Generieren des Steuersignals, das bei der Lasereinrichtung jeweils die Abgabe eines Pulses oder einer Folge von Pulsen des Laserstrahls auslöst, kann das Steuersignal in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Herzschrittmachers generieren. Hierbei kann es sich um ein separates Ausgangssignal des Herzschrittmachers handeln, das gleichzeitig mit seiner Beeinflussung des schlagenden Herzens abgegeben wird. Ebenso ist es aber auch möglich, daß direkt das Ausgangssignal des Herzschrittmachers verwendet wird, das auch zur Beeinflussung des schlagenden Herzens dient. Dabei kann dieses Ausgangssignal auch an dem schlagenden Herzen selbst abgegriffen werden.The triggering device for generating the control signal, which triggers the laser device to emit a pulse or a sequence of pulses of the laser beam, can generate the control signal depending on an output signal from the pacemaker. This can be a separate output signal from the pacemaker that is emitted at the same time as it influences the beating heart. It is also possible to use the output signal from the pacemaker directly, which also serves to influence the beating heart. This output signal can also be picked up from the beating heart itself.
Auch bei der neuen Vorrichtung ist vorzugsweise eine Aufnahmeeinrichtung zum Registrieren der Kontraktionen und Expansionen des schlagenden Herzens vorgesehen· Sie dient hier auch zur Überwachung der Beeinflussung des schlagenden Herzens durch den Herzschrittmacher.The new device also preferably includes a recording device for registering the contractions and expansions of the beating heart. It also serves to monitor the influence of the pacemaker on the beating heart.
Bei der Aufnahmeeinrichtung kann es sich um einen Elektrokardiograph (EKG) handeln.The recording device may be an electrocardiograph (ECG).
Beim Generieren des Steuersignals kann die Auslöseeinrichtung ein Ausgangssignal der Aufnahmeeinrichtung berücksichtigen. Dieses Ausgangssignal kann dabei zusätzlich zu dem Ausgangssignal des Herzschrittmadhers Berücksichtigung finden. Es ist aber auch möglich, daß das Ausgangssignal der Aufnahmeeinrichtung allein Berücksichtigung findet, da diesem das auf das schlagende Herz einwirkende Ausgangssignal des Herzschrittmachers in jedem Fall zugrundeliegt.When generating the control signal, the triggering device can take into account an output signal from the recording device. This output signal can be taken into account in addition to the output signal from the pacemaker. It is also possible, however, that the output signal from the recording device alone is taken into account, since this is always based on the output signal from the pacemaker acting on the beating heart.
Für das Ausgangssignal der Aufnahmeeinrichtung kann eine Auswerteeinrichtung vorgesehen sein, wobei die Auslöseeinrichtung das Steuersignal in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Auswerteeinrichtung auslöst. Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise dazu vorgesehen sein, einen stabilen Zustand des schlagenden Herzens festzustellen und nur dann das Ausgangssignal der Aufnahmeeinrichtung an die Auslöseeinrichtung weiterzuleiten.An evaluation device can be provided for the output signal of the recording device, whereby the triggering device triggers the control signal depending on the output signal of the evaluation device. The evaluation device can, for example, be provided to determine a stable state of the beating heart and only then forward the output signal of the recording device to the triggering device.
Zur unmittelbaren Auslösung der Pulse des Laserstrahls durch einen Operateur ist mindestens ein Freigabeschalter vorzusehen, wobei die Auslöseeinrichtung das Steuersignal nur dann generiert, wenn jeder Freigabeschalter geschlossen ist. Die Freigabeschalter können beispielsweise als Fußschalter ausgebildet sein.At least one release switch must be provided for the immediate triggering of the laser beam pulses by an operator, whereby the triggering device only generates the control signal when each release switch is closed. The release switches can be designed as foot switches, for example.
An der Auslöseeinrichtung kann eine Einstelleinrichtung für die Ein- und Verstellung einer Zeitverzögerung zwischen dem Herzrhythmus des schlagenden Herzens und dem Steuersignal vorgesehen sein. Es kann aber auch eine optimale Zeitverzögerung fest vorgegeben sein, die ca. 80 ms zwischen der ansteigenden Flanke der sogenannten R-Zacke eines EKG-Signals und dem anschließend ausgelösten Puls des Laserstrahls entspricht.The triggering device can be provided with an adjustment device for setting and adjusting a time delay between the heart rhythm of the beating heart and the control signal. However, an optimal time delay can also be specified, which corresponds to approximately 80 ms between the rising edge of the so-called R-wave of an ECG signal and the subsequently triggered pulse of the laser beam.
Das von der Auslöseeinrichtung generierte Steuersignal kann eine Spannungsversorgung eines Pulslasers der Lasereinrichtung steuern. Die Spannungsversorgung aktiviert dann den Pulslaser in Abhängigkeit von dem Steuersignal.The control signal generated by the triggering device can control a voltage supply of a pulse laser of the laser device. The voltage supply then activates the pulse laser depending on the control signal.
Dabei kann eine Einstelleinrichtung für die Ein- und Verstellung der Breite und/oder Intensität der Pulse des Laserstrahls vorgesehen sein. Breite und Intensität bestimmen die Energie der Pulse des Laserstrahls und damit die Eindringtiefe des Laserstrahls in den Herzmuskel.An adjustment device can be provided for setting and adjusting the width and/or intensity of the laser beam pulses. Width and intensity determine the energy of the laser beam pulses and thus the depth of penetration of the laser beam into the heart muscle.
Die Erfindung wird anhand von zwei Äusführungsbeispielen im folgenden näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigtThe invention is explained and described in more detail below using two exemplary embodiments.
Figur 1 den schematischen Aufbau der ersten Ausführungsform der Vorrichtung undFigure 1 shows the schematic structure of the first embodiment of the device and
Figur 2 den schematischen Aufbau der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung.Figure 2 shows the schematic structure of the second embodiment of the device.
In Figur 1 ist ein Herzsymbol 1 wiedergegeben, das für ein schlagendes Herz steht. Der Herzrhythmus des Herzens 1 wird durch ein Ausgangssignal 2 eines Herzschrittmachers 3 festgelegt. Gleichzeitig wird der Herzrhythmus durch ein EKG 4 überwacht, das ein Eingangssignal 5 an dem Herzen abgreift und ein Ausgangssignal 6 an eine Auswerteeinheit 7 abgibt. Eine Auslöseeinrichtung 8 generiert ein Steuersignal 9 in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal 10 der Auswerteeinrichtung 7 und einem weiteren Ausgangssignal 11 des Herzschrittmachers 3. Weiterhin berücksichtigt die Auslöseeinrichtung 8 ein Stellungssignal 12 eines Freigabeschalters 13 und ein Stellsignal 14 einer Einstelleinrichtung 15 für eine Zeitverzögerung zwischen dem Herzrhythmus und dem Steuersignal 9. Das Steuersignal 9 steuert eine Spannungsversorgung 16, deren Ausgangsspannung 17 einen Laser 18 aktiviert. Dabei berücksichtigt die Spannungsversorgung 16 ein Stellsignal 19 einer Einstelleinrichtung 20. Die Einstelleinrichtung 20 dient zur Einstellung der Energie von Pulsen eines von dem Laser 18 abgegebenen Laserstrahls 21. Der Laser 18 speist den Laserstrahl 21 in eine Lichtleiterfaser 22 ein, aus der der Laserstrahl 21 an deren freien Ende auf das Herz 1 hin austritt. Statt einer Lichtleiterfaser kann zur Lichtleitung des Laserstrahls auch ein bekannter Spiegelgelenkarm verwendet werden.Figure 1 shows a heart symbol 1 that represents a beating heart. The heart rhythm of the heart 1 is determined by an output signal 2 of a pacemaker 3. At the same time, the heart rhythm is monitored by an ECG 4, which picks up an input signal 5 from the heart and sends an output signal 6 to an evaluation unit 7. A triggering device 8 generates a control signal 9 depending on an output signal 10 of the evaluation device 7 and another output signal 11 of the pacemaker 3. The triggering device 8 also takes into account a position signal 12 of an enable switch 13 and an actuating signal 14 of an adjusting device 15 for a time delay between the heart rhythm and the control signal 9. The control signal 9 controls a voltage supply 16, the output voltage 17 of which activates a laser 18. The power supply 16 takes into account a control signal 19 of an adjustment device 20. The adjustment device 20 is used to adjust the energy of pulses of a laser beam 21 emitted by the laser 18. The laser 18 feeds the laser beam 21 into an optical fiber 22, from which the laser beam 21 emerges at the free end towards the heart 1. Instead of an optical fiber, a known mirror articulated arm can also be used to guide the light from the laser beam.
Die Auslöseeinrichtung 8 generiert das Steuersignal 9 zum Auslösen eines Pulses oder einer Folge von Pulsen des LaserstrahlsThe triggering device 8 generates the control signal 9 for triggering a pulse or a sequence of pulses of the laser beam
21 nur dann, wenn das Ausgangssignal 11 des Herzschrittmachers 3 signalisiert, daß der Herzschrittmacher 3 das Herz stabilisiert, wenn das Ausgangssignal 10 der Auswerteeinrichtung 7 signalisiert, daß das EKG 4 tatsächlich einen stabilisierten Zustand des schlagenden Herzens registriert, und wenn das Stellungssignal 12 signalisiert, daß der Operateur den Freigabeschalter 13 betätigt hat. Das Steuersignal 9 wird von der Auslöseeinrichtung 8 dann derart generiert, daß der jeweilige Laserpuls mit der von der Einstelleinrichtung 15 vorgegebenen Zeitverzögerung zu einer Kontraktion auf das schlagende Herz 1 erfolgt, so daß der Laserstrahl 21 unter genau definierten Bedingungen auf den Herzmuskel auftrifft. Bei Verwendung der Vorrichtung gemäß Figur 1 kann es sinnvoll sein, die Aktivitäten des Sinusknotens des schlagenden Herzens beispielsweise medikamentös so weit zu blockieren, daß eine Kollision mit dem Ausgangssignal 2 des Herzschrittmachers 3 ausgeschlossen ist.21 only when the output signal 11 of the pacemaker 3 signals that the pacemaker 3 is stabilizing the heart, when the output signal 10 of the evaluation device 7 signals that the ECG 4 actually registers a stabilized state of the beating heart, and when the position signal 12 signals that the operator has activated the release switch 13. The control signal 9 is then generated by the triggering device 8 in such a way that the respective laser pulse is applied to the beating heart 1 with the time delay specified by the setting device 15 to cause a contraction, so that the laser beam 21 hits the heart muscle under precisely defined conditions. When using the device according to Figure 1, it can be useful to block the activities of the sinus node of the beating heart, for example with medication, to such an extent that a collision with the output signal 2 of the pacemaker 3 is excluded.
Eine solche medikamentöse Behandlung ist bei der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Figur 2 zwar auch möglich, aber weniger häufig erforderlich. Hier ist eine Rückkopplung des Ausgangssignals 2 des Herzschrittmachers 3 mit einem weiteren Ausgangssignal 2 3 der Auswerteeinrichtung 7 vorgesehen. Dabei erfolgt die Rückkopplung derart, daß der Herzschrittmacher 3 nur dann sein Ausgangssignal 2 abgibt, wenn die Auswerteeinrichtung 7 über das Ausgangssignal 23 signalisiert, daß der Herzrhythmus einer Stabilisierung bedarf. Für das Generieren des Steuersignals 9 durch die- Auslöseeinrichtung 8 wird dabei nur das Ausgangssignal 10 der Auswerteeinrichtung 7 berücksichtigt, weil es bereits die wesentlichen Informationen über das Ergebnis der Aktivität des Herzschrittmachers enthält. Dies gilt zwar auch für die Ausführungsform gemäß Figur 1. Dort wird die Zeitverzögerung des Steuersignals 9 aber relativ zu dem Ausgangssignal 11 des Herzschrittmachers 3 festgelegt. Dies ist hier nicht möglich, weil der Herzschrittmacher 3 nicht ständig aktiv ist.Such drug treatment is also possible in the embodiment of the device according to Figure 2, but is less frequently required. Here, feedback of the output signal 2 of the pacemaker 3 with another output signal 2 3 of the evaluation device 7 is provided. The feedback takes place in such a way that the pacemaker 3 only emits its output signal 2 when the evaluation device 7 signals via the output signal 23 that the heart rhythm requires stabilization. For the generation of the control signal 9 by the trigger device 8, only the output signal 10 of the evaluation device 7 is taken into account because it already contains the essential information about the result of the activity of the pacemaker. This also applies to the embodiment according to Figure 1. There, however, the time delay of the control signal 9 is set relative to the output signal 11 of the pacemaker 3. This is not possible here because the pacemaker 3 is not constantly active.
Weitere Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 und 2 liegen darin, daß gemäß Figur 2 zwei getrennte Freigabeschalter 13 vorgesehen sind, deren Stellsignale von der Auslöseeinrichtung 8 berücksichtigt werden. Der eine Freigabeschalter 13 kann ein Handschalter sein, auf dessen einmaliges Drücken die Auslöseeinrichtung für die Auslösung eines Laserpulses oder einer festen Anzahl von Laserpulsen "scharf" gemacht wird. Der andere Freigabeschalter kann ein Fußschalter sein, dessen Stellsignal 12 die Auslösung dieses Laserpulses bzw. dieser Laserpulse unmittelbar bewirkt, wonach ein erneutes Drücken des Handschalters erforderlich ist, um die Auslöseeinrichtung 8 erneut scharf zu machen. Dies ergibt eine erhöhte Sicherheit gegen ein ungewolltes Auslösen von Laserpulsen. In Figur 2 ist auf eine Einstelleinrichtung 15 zugunsten einer festen Zeitverzögerung zwischen einer ansteigenden Flanke einer R-Zacke des Ausgangssignals 6 des EKG 4 und dem Steuersignal 9 verzichtet. Der Laser 18 gemäß Figur 2 ist im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß Figur 1 kein Pulslaser, sondern der hier kontinuierlich abgegebene Laserstrahl 21 wird durch eine Blende 24 gepulst und erst anschließend mittels einer Linse 25 in die Lichtleiterfaser 22 eingespeist. Das Steuersignal 9 wirkt dabei auf die Blende 24, bei der es sich um einen Shutter, Drehspiegel oder dergleichen handeln kann. Die Einstelleinrichtung 20 wirkt mit ihrem Ausgangssignal 19 ebenfalls auf die Blende 24 ein und legt dadurch die Energie des Laserstrahls 21 über seine Pulsdauer fest.Further differences between the two embodiments according to Figures 1 and 2 are that, according to Figure 2, two separate release switches 13 are provided, the actuating signals of which are taken into account by the triggering device 8. One release switch 13 can be a hand switch, the actuating device being "armed" to trigger a laser pulse or a fixed number of laser pulses when pressed once. The other release switch can be a foot switch, the actuating signal 12 of which immediately triggers this laser pulse or these laser pulses, after which the hand switch must be pressed again to arm the triggering device 8 again. This results in increased security against the unintentional triggering of laser pulses. In Figure 2, an adjusting device 15 is omitted in favor of a fixed time delay between a rising edge of an R-wave of the output signal 6 of the ECG 4 and the control signal 9. The laser 18 according to Figure 2 is not a pulsed laser in contrast to the embodiment according to Figure 1, but the laser beam 21 emitted continuously here is pulsed by a diaphragm 24 and only then fed into the optical fiber 22 by means of a lens 25. The control signal 9 acts on the diaphragm 24, which can be a shutter, rotating mirror or the like. The adjustment device 20 also acts on the diaphragm 24 with its output signal 19 and thereby determines the energy of the laser beam 21 via its pulse duration.
Bei dem Herzschrittmacher 3 kann es sich um einen MEDTRONIC MODELL 53 46 TEMPORARY PApEMAKER der Firma Medtronic Inc., USA handeln. Als EKG 4 kann das Modell HP 78 34 2A der Hewlett-Packard Company, USA Verwendung finden.The pacemaker 3 can be a MEDTRONIC MODEL 53 46 TEMPORARY PApEMAKER from Medtronic Inc., USA. The ECG 4 can be the model HP 78 34 2A from Hewlett-Packard Company, USA.
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