DE4108146A1 - DEVICE FOR REMOVING MATERIAL WITH LASER LIGHT - Google Patents

DEVICE FOR REMOVING MATERIAL WITH LASER LIGHT

Info

Publication number
DE4108146A1
DE4108146A1 DE4108146A DE4108146A DE4108146A1 DE 4108146 A1 DE4108146 A1 DE 4108146A1 DE 4108146 A DE4108146 A DE 4108146A DE 4108146 A DE4108146 A DE 4108146A DE 4108146 A1 DE4108146 A1 DE 4108146A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser
optical fibers
fiber
bundle
tissue
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE4108146A
Other languages
German (de)
Other versions
DE4108146C2 (en
Inventor
Johannes Agethen
Kristian Dr Hohla
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ATV GMBH, 80803 MUENCHEN, DE
Original Assignee
Technolas Laser Technik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technolas Laser Technik GmbH filed Critical Technolas Laser Technik GmbH
Priority to DE4108146A priority Critical patent/DE4108146C2/en
Priority to PCT/DE1992/000219 priority patent/WO1992016154A1/en
Publication of DE4108146A1 publication Critical patent/DE4108146A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE4108146C2 publication Critical patent/DE4108146C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B18/22—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor
    • A61B18/26—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor for producing a shock wave, e.g. laser lithotripsy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0652—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising prisms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00022—Sensing or detecting at the treatment site
    • A61B2017/00106—Sensing or detecting at the treatment site ultrasonic
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/064—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Laser Surgery Devices (AREA)

Abstract

A device for paring material, in particular biological tissues, has a laser system that generates laser pulses and a fiber-optic light guide system with fiber-optic light guides (1) gathered into a bundle (2) to which the laser pulses (6) are coupled and that guide the laser pulses (6) to the spot where material is to be pared. The bundle (2) is subdivided into at least two groups of fiber-optic light guides (1) and each laser pulse (6) is not coupled to at least one group of fiber-optic light guides (1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abtragen von Material und insbesondere von biologischem Gewebe, mit einem Lasersystem, das Laserpulse erzeugt, die in zu einem Bündel zusammengefaßte Lichtleitfasern einkoppelbar sind, die den Laserpuls an die Stelle leiten, an der Material abgetragen werden soll.The invention relates to a device for Removal of material and especially biological Tissue, with a laser system that generates laser pulses, the optical fibers combined in a bundle can be coupled, the laser pulse in place direct where material is to be removed.

Beispielsweise in der Laserchirurgie werden Lasersyste­ me verwendet, die aufgrund ihrer hohen Lichtleistung Gewebe in so kurzer Zeit verdampfen, daß praktisch keine Wärmebelastung für das nichtbestrahlte, gesunde Gewebe auftritt. Für derartige laser-induzierte Vorgän­ ge werden die verschiedensten Lasersysteme, darunter seit einiger Zeit verstärkt sog. Excimer-Laser, die Licht im UV-Bereich emittieren, verwendet.For example, laser systems are used in laser surgery me used because of their high light output Vaporize tissue in such a short time that practical  no heat load for the non-irradiated, healthy Tissue occurs. For such laser-induced processes A wide variety of laser systems, including for some time so-called excimer lasers, which Emit light in the UV range.

Die vorstehend beschriebenen Abtragungsprozesse werden auch als Photoablationsmechanismen bezeichnet und fin­ den vor allem in der Mikrochirurgie (Angioplastie, Oph­ thalmologie, Orthopädie etc.) Anwendung, um auf mög­ lichst schonende Weise Gewebe abzutragen.The removal processes described above will also called photoablation mechanisms and fin especially in microsurgery (angioplasty, Oph thalmology, orthopedics etc.) application to possible on very gentle way to remove tissue.

In der Regel werden bei mikrochirurgischen Operationen sog. Operationshandstücke, beispielsweise Katheter verwendet, in denen das Laserlicht in sogenannten Lichtleitfasern an die Stelle geleitet wird, an der Material, d. h. beispielsweise Gewebe abgetragen werden soll. Die Fähigkeit der Lichtleitfasern, Laserlicht zu transportieren, ist jedoch begrenzt, da ab einer spezi­ fischen Leistungsdichte die Fasern durch das Laserlicht zerstört werden.They are usually used in microsurgical operations so-called surgical handpieces, for example catheters used in which the laser light in so-called Optical fibers are routed to the point where Material, d. H. for example, tissue can be removed should. The ability of optical fibers to laser light transport, however, is limited because from a spec fish power density the fibers by the laser light be destroyed.

Da - um beispielsweise ein flexibles Katheter zu erhal­ ten - dünne Fasern benutzt werden müssen, die zu Bündeln zusammengefaßt sind, weisen die Operationshand­ stücke in der Regel viele Fasern auf, damit Laserpulse hoher Energie transportiert werden können, so daß mög­ lichst schnell und effizient operiert werden kann.Because - for example, to get a flexible catheter ten - thin fibers must be used, which form bundles are summarized, have the surgical hand usually cut a lot of fibers so that laser pulses high energy can be transported so that poss can be operated as quickly and efficiently as possible.

Vor allem im Bereich der Angioplastie, d. h. der Gefäß­ chirurgie, tritt jedoch folgendes Problem auf: Jeder Laserpuls erfaßt und entfernt nur eine begrenzte Gewe­ betiefe. Diese gewebespezifische Tiefe, die in etwa der Eindringtiefe des Laserlichtes entspricht, beträgt nur wenige µm. Bislang ist man bestrebt gewesen, eine mö­ glichst hohe Flächendichte der Energie bzw. Leistung am Faserausgang zu erreichen. Die Operationsgeschwindig­ keit hängt dabei nicht nur von der Energie pro Laser­ puls, sondern auch von der Wiederholrate (Repetitions­ rate) der Laserpulse ab. Diese ist bei bekannten Vor­ richtungen zum Abtragen von Material und insbesondere von biologischem Gewebe mit einem Lasersystem auf Werte von weniger als ca. 25 Hz begrenzt, da bei höhe­ ren Pulsraten das Gewebe zu stark thermisch belastet wird.Especially in the field of angioplasty, i.e. H. the vessel surgery, however, the following problem arises: everyone Laser pulse only detects and removes a limited amount of tissue depth. This tissue-specific depth, which is roughly the Penetration depth of the laser light is only  a few µm. So far, efforts have been made to as high a surface density of energy or power as possible To reach fiber output. The operation speed speed does not only depend on the energy per laser pulse, but also from the repetition rate (repetitions rate) of the laser pulses. This is known in front directions for removing material and in particular of biological tissue with a laser system Values of less than approx. 25 Hz limited, as at high The pulse rates are too high for the tissue becomes.

Um hohe Operationsgeschwindigkeiten zu erreichen, ist man in der Vergangenheit bestrebt gewesen, so viel Energie wie möglich pro Laserpuls durch das Faserbündel zu leiten. Beispielsweise in der Angioplastie wird mit Excimer-Lasern gearbeitet, die am Faserbündelausgang (je nach Faserbündeldurchmesser) Gesamtenergien zwi­ schen 30 und 80 mJ abgeben. Die einzelnen Fasern im Bündel werden dabei gleichzeitig und möglichst gleich­ mäßig mit dem Laserstrahl beaufschlagt. Bei Lasersyste­ men mit anderen Wellenlängen, wie beispielsweise Neo­ dym-YAG-Lasern, Holmium- oder Dylaser, müssen jedoch noch sehr viel höhere Laserpulsenergien verwendet wer­ den, um einen Ablationseffekt zu erzielen.To achieve high operating speeds is you've been striving in the past so much Energy as possible per laser pulse through the fiber bundle to lead. For example, in angioplasty Excimer lasers worked at the fiber bundle exit (depending on the fiber bundle diameter) total energies between between 30 and 80 mJ. The individual fibers in the Bundles become the same and as similar as possible moderately exposed to the laser beam. With laser system men with other wavelengths, such as Neo dym-YAG lasers, holmium or dylaser, however, must who uses much higher laser pulse energies to achieve an ablation effect.

Aufgrund der schnellen Verdampfung des Gewebes - die Verdampfungsvorgänge laufen typischerweise im Mikrose­ kunden-Bereich ab - bildet sich eine Stoßwelle aus, die in das umliegende Gewebe eindringt. Die dabei auftre­ tenden hohen Druckgradienten können zu erheblichen Disruptionen und Schädigungen in der Umgebung führen. Eine Schädigung des Gewebes und der Zellagen, die rela­ tiv weit von dem ablatierten Bereich entfernt liegen, ist somit unvermeidbar. Es kommt zu traumatischen Ver­ änderungen, die zu erheblichen Gewebeirritationen füh­ ren können. Als Folge wird ein erneutes Wachstum der Zellagen beobachtet, wodurch eine Restenosierung (Wie­ derverengung) einsetzen kann.Because of the rapid evaporation of the tissue - the Evaporation processes typically take place in the microscope customer area - a shock wave forms penetrates into the surrounding tissue. Which occurs in the process high pressure gradients can lead to considerable Disruptions and damage in the environment. Damage to the tissue and cell layers, the rela tiv far from the ablated area  is therefore inevitable. Traumatic ver Changes that lead to considerable tissue irritation can. As a result, the growth of Cell layers observed, causing restenosis (How constriction).

Der Laser, ursprünglich als das atraumatische Werkzeug gepriesen, erweist sich im µm-Bereich als durchaus schädigend. Ursache hierfür dürfte - wie erfindungsge­ mäß erkannt worden ist - nicht der Ablationsprozeß per se sein, sondern die mit dem Ablationsprozeß bei her­ kömmlichen Lasersystemen verbundene Stoßwelle.The laser, originally as the atraumatic tool praised, proves to be quite in the µm range harmful. The reason for this should be - how fiction has been recognized - not the ablation process by se, but the one with the ablation process conventional shock wave associated laser systems.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zum Abtragen von Material und insbesondere von biologischem Gewebe mit einem Lasersystem anzugeben, bei der der Abtragungsprozeß schonend ausgeführt wird, so daß er keine oder nur eine vernachlässigbar kleine schädigende Wirkung auf das gesunde Gewebeumfeld be­ sitzt.The invention has for its object a Vorrich device for removing material and in particular to indicate biological tissue with a laser system, in which the removal process is carried out gently, so that he has no or only a negligibly small one harmful effect on the healthy tissue environment sits.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.An inventive solution to this problem is in Claim 1 specified. Developments of the invention are the subject of the subclaims.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, daß es zur Lösung dieser Aufgabe erforderlich ist, die Erzeu­ gung von Stoßwellen bei der Ablation zu vermeiden.The invention is based on the basic idea that it to solve this task, the ore is necessary avoid shock waves during ablation.

Überraschenderweise kann dieser Grundgedanke dadurch realisiert werden, daß weiterhin von einer Vorrichtung zum Abtragen von Material und insbesondere von biologi­ schem Gewebe mit einem Lasersystem, das Laserpulse erzeugt, die in zu einem Bündel zusammengefaßte Licht­ leitfasern einkoppelbar sind, die den Laserpuls an die Stelle leiten, an der Material abgetragen werden soll, ausgegangen wird.Surprisingly, this basic idea can be realized that continue from a device for the removal of material and especially biological chemical tissue with a laser system, the laser pulse generated in a bundle of light  Conducting fibers can be coupled, which the laser pulse to the Manage the point at which material is to be removed, is assumed.

Eine derartige Vorrichtung wird erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, daß das Bündel in wenigstens zwei Grup­ pen von Lichtleitfasern aufgeteilt ist, und daß jeder Laserpuls in wenigstens eine Gruppe von Lichtleitfasern nicht eingekoppelt wird.According to the invention, such a device is thereby further developed that the bundle in at least two groups pen is divided by optical fibers, and that everyone Laser pulse in at least one group of optical fibers is not coupled.

Anders ausgedrückt, erfolgt die Lichteinkoppelung in das Lichtleitfaserbündel derart zeitlich und räumlich getrennt, daß die einzelnen Lichtleitfasern bzw. -grup­ pen zeitlich getrennt und in serieller räumlicher Ab­ folge von jeweils mindestens einem Laserimpuls gezielt bestrahlbar sind.In other words, the light is coupled in the optical fiber bundle so temporally and spatially separately that the individual optical fibers or group pen separated in time and in serial spatial order follow at least one laser pulse each time are irradiable.

Die Erfindung geht dabei von der Vorstellung aus, daß die Ausbildung der Stoßwelle eine direkte Folge der hohen Energie pro Laserpuls ist, die über die gesamte Katheterquerschnittsfläche an das Gewebe appliziert wird. Wird nur eine einzelne Faser aus dem Laserfaser­ bündel mit dem Laserlicht bestrahlt, so wird wesentlich weniger Energie am Katheterausgang freigesetzt; folg­ lich wird die Stoßwelle bedeutend geringer. Das gleiche gilt aber auch für die Gewebemenge, die ablatiert wird. Um diesen Effekt zu kompensieren, werden mit der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung die Fasern des Bündels sequen­ tiell mit Laserlicht bestrahlt, d. h., jede Faser wird in zeitlicher Aufeinanderfolge einzeln mit Licht beauf­ schlagt. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Laser­ pulsen muß hierbei so gewählt werden, daß die Stoßwelle des ersten Laserpulses sich bereits so weit verdünnt hat, daß eine Überlagerung mit der von der benachbarten Faser ausgesendeten Druckwelle ausgeschlossen werden kann. Da sich Druckwellen typischerweise mit einigen 1000 m/sec. ausbreiten und die Gewebetiefe, innerhalb der eine Schädigung vermieden werden soll, maximal 1 mm beträgt, berechnet sich so eine minimale Zeit zwischen zwei Pulsen zu ca. 10-6 sec. Werden hingegen die ein­ zelnen Fasern mit einer Frequenz von kleiner als 106 Hz mit Licht versorgt, so werden die sich ausbildenden Druckwellen sich nicht überlagern können. Jede einzelne Druckwelle wird wesentlich kleiner sein, da sie nur von der Energie einer einzelnen Faser erzeugt wird.The invention is based on the idea that the formation of the shock wave is a direct result of the high energy per laser pulse, which is applied to the tissue over the entire cross-sectional area of the catheter. If only a single fiber from the laser fiber bundle is irradiated with the laser light, significantly less energy is released at the catheter outlet; consequently, the shock wave is significantly reduced. The same also applies to the amount of tissue that is ablated. In order to compensate for this effect, the fibers of the bundle are sequentially irradiated with laser light with the device according to the invention, ie each fiber is acted upon individually in a time sequence with light. The time interval between two laser pulses must be chosen so that the shock wave of the first laser pulse has already been thinned so far that an overlay with the pressure wave emitted by the adjacent fiber can be excluded. Since pressure waves typically travel at a few 1000 m / sec. spread out and the tissue depth within which damage is to be avoided is a maximum of 1 mm, a minimum time between two pulses of approx. 10 -6 seconds is calculated. On the other hand, if the individual fibers with a frequency of less than 10 6 Hz supplied with light, the pressure waves that form will not be able to overlap. Every single pressure wave will be much smaller, since it is only generated by the energy of a single fiber.

Die erfindungsgemäße Idee besteht daher darin, die einzelnen Fasern des Bündels sequentiell mit Laser­ pulsen zu belasten, wobei im Bereich der Angioplastie jede Faser nicht mehr als 25 Laserpulse pro Sekunde erhalten soll. Auf diese Weise wird der gleiche Effekt erzielt, als würden alle Fasern gleichzeitig 25 Laser­ pulse pro Sekunde erhalten. Die Frequenz der Laserpulse muß entsprechend heraufgesetzt werden, die Energie des einzelnen Laserpulses wird entsprechend herunterge­ setzt.The idea of the invention is therefore that individual fibers of the bundle sequentially with laser pulse, in the area of angioplasty each fiber no more than 25 laser pulses per second should receive. This way, the same effect achieved as if all fibers had 25 lasers simultaneously received pulse per second. The frequency of the laser pulses must be increased accordingly, the energy of the individual laser pulse is down accordingly puts.

Die obengenannte Überlegung soll mit dem folgenden Zahlenbeispiel verdeutlicht werden:The above consideration is said to follow Numerical example will be clarified:

In einem typischen Angioplastie-Katheter sind ca. 50 Lichtleitfasern angeordnet. Bei einer Einzelfaserfre­ quenz von 25 Hz müßte der Laser mit einer Wiederholrate von 1250 Hz betrieben werden. Gleichzeitig müssen die einzelnen Pulse auf jede einzelne Faser abgebildet werden. Der Laserstrahl muß sozusagen über das Faser­ bündel gescannt werden. Die Laserpulsfrequenz liegt in Größenordnungen unterhalb der oben abgeschätzten Grenz­ frequenz von 106 Hz. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in der Praxis beispielsweise dadurch realisiert werden, daß am licht-eintrittsseitigen (proximalen) Ende der Lichtleitfasern eine Scannvorrichtung angeordnet ist, die die Laserpulse derart ablenkt, daß die Laser­ impulse die Licht-Eintrittsflächen der einzelnen Fasern "abtastet".Approx. 50 optical fibers are arranged in a typical angioplasty catheter. With a single fiber frequency of 25 Hz, the laser would have to be operated at a repetition rate of 1250 Hz. At the same time, the individual pulses must be mapped onto each individual fiber. The laser beam must be scanned over the fiber bundle, so to speak. The laser pulse frequency is of the order of magnitude below the limit frequency of 10 6 Hz estimated above. The device according to the invention can be implemented in practice, for example, by arranging a scanning device on the light entry-side (proximal) end of the optical fibers, which deflects the laser pulses in such a way that that the laser pulses "scans" the light entry surfaces of the individual fibers.

Da die Betriebsdaten beispielsweise von Excimer-Lasern eine solche Betriebsform ermöglichen, ist diese Form der schonenden Behandlung mit bekannten Lasersystemen möglich.Because the operating data, for example, of excimer lasers this form of operation is possible gentle treatment with known laser systems possible.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla­ risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er­ findungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigtThe invention is hereinafter without limitation general inventive concept based on execution examples with reference to the drawing exempla risch described on the rest of the Revelation of all not explained in the text explicitly referenced details becomes. It shows

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise zur Gewebeabtragung mit einem herkömmlichen Multifaserbündel, Fig. 1 is a simplified diagram for explaining the operation for tissue ablation with a conventional multi-fiber bundle,

Fig. 2 eine herkömmliche Anordnung zur simultanen Laserstrahleinkopplung in ein Multifaser­ bündel, Fig. 2 shows a conventional arrangement for simultaneous Laserstrahleinkopplung in a multi-fiber bundle,

Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung zur Erläuterung der Funktion einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung mit Spiegelumlenkung und Fig. 3 is a simplified representation for explaining the function of a device according to the invention with mirror deflection and

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit rotierender Prismenscheibe. Fig. 4 shows a cross section through a device according to the invention with a rotating prismatic lens.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Abtragen von Gewebe 4 weist einen Katheter 2, in dessen Inneren eine Vielzahl von Lichtleitfasern 1 geführt sind. Bei den bisher angewandten Photoablationstechniken werden die einzelnen Fasern im Bündel simultan mit dem Laser­ strahl beaufschlagt. Durch die pro Laserimpuls am Fa­ serausgang austretenden Lichtenergien werden die unmit­ telbar an dem Katheterkopf anliegenden Gewebeschichten derart thermisch stark belastet, daß das Gewebe ver­ dampft. Aufgrund des sich hierbei explosionsartig aus­ dehnenden Gewebematerials 3 wird zum einen das abla­ tierte Material vor dem Katheterkopf zur Seite ver­ drängt und zum anderen entsteht eine sich in den umlie­ genden Gewebebereich ausbreitende Stoßwelle 5, die zu besagten Gewebe- und Zellagenschädigungen führen.The device for removing tissue 4 shown in FIG. 1 has a catheter 2 , inside which a multiplicity of optical fibers 1 are guided. In the previously used photoablation techniques, the individual fibers in the bundle are simultaneously exposed to the laser beam. Due to the light energy exiting per laser pulse at the output of the fiber, the tissue layers immediately adjacent to the catheter head are subjected to such a high thermal load that the tissue evaporates. Because of the explosive expansion of tissue material 3 , the abla tated material in front of the catheter head is pushed to the side on the one hand, and on the other hand, a shock wave 5 spreads into the surrounding tissue area, which leads to said tissue and cell damage.

In Fig. 2 wird die bislang in der Laserchirurgie ange­ wandte Lichteinkopplung in sogenannte Multifaserbündel dargestellt. Hierbei durchläuft der vom Lasersystem kommende Laserstrahl 6 eine optische Abbildungslinse 7, die den Lichtstrahl in Größe und Form an die geometri­ schen Verhältnisse der Einkoppelfläche eines Multifa­ serbündels 8 anpaßt. Dabei werden alle einzelnen Licht­ leitfasern, die innerhalb des Multifaserbündels geführt werden, gleichzeitig und möglichst gleichmäßig mit Laserlicht bestrahlt.In Fig. 2 the previously used in laser surgery light coupling is shown in so-called multi-fiber bundles. Here, the laser beam 6 coming from the laser system passes through an optical imaging lens 7 , which adjusts the light beam in size and shape to the geometrical conditions of the coupling surface of a multifunctional bundle 8 . All individual optical fibers that are guided within the multi-fiber bundle are irradiated simultaneously and as evenly as possible with laser light.

Eine Vorrichtung zur sequentiellen Lichteinkopplung in einzelne in einem Multifaserbündel enthaltene Licht­ leitfasern ist in Fig. 3 dargestellt. Der Laserstrahl 9 wird durch eine Abbildungslinse 10 und über einen, um die Rotationsachse D drehbar gelagerten Spiegel auf jeweils einzelne Lichtleitfasern bzw. -gruppen räumlich abgebildet. Um die Spiegelführung möglichst einfach zu gestalten, sind die einzelnen Lichtleitfasern, die zu einem Multifaserbündel 12 zusammenfinden, linear ange­ ordnet. Jede davon abweichende, regelmäßige räumliche Anordnung von Lichtleitfasern ist jedoch ebenfalls denkbar (z. B. Dreieck, Rechteck etc.). Durch taktweises Verdrehen des Spiegels 11 um die Rotationsachse D wer­ den in zeitlicher Übereinstimmung mit der Repetitions­ rate des Pulslasers somit nacheinander alle Lichtlei­ tfasern bzw. -gruppen beleuchtet.A device for sequentially coupling light into individual optical fibers contained in a multifiber bundle is shown in FIG. 3. The laser beam 9 is spatially imaged by an imaging lens 10 and by means of a mirror rotatably mounted about the axis of rotation D onto individual optical fibers or groups. In order to make the mirror guidance as simple as possible, the individual optical fibers, which come together to form a multi-fiber bundle 12 , are arranged linearly. Any deviating, regular spatial arrangement of optical fibers is also conceivable (e.g. triangle, rectangle, etc.). By clockwise rotation of the mirror 11 about the axis of rotation D who in succession in accordance with the repetition rate of the pulse laser thus illuminated all optical fibers or groups.

Die Taktfrequenz der Spiegelverstellung muß jedoch nicht notwendigerweise mit der Repetitionsrate des Lasersystems übereinstimmen, d. h., pro Strahlabbildung auf eine Lichtleitfaser bzw. -gruppe kann mehr als ein Lichtimpuls übertragen werden.The clock frequency of the mirror adjustment must, however not necessarily with the repetition rate of the Laser system match, d. i.e., per beam image more than one can be on an optical fiber or group Light pulse are transmitted.

Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Fig. 4 dargestellt. Das Laserstrahlbündel 13 durchläuft ebenfalls eine optische Abbildungslinse 14 und passiert anschließend ein speziell in den Randbereich einer sich um die Achse R drehenden Scheibe 16 eingelassenes Prisma 15, das das Strahlbündel 13 auf eine Lichtleit­ faser bzw. -gruppe 17 fokussiert. Dabei ist die radiale Anbringung einer Vielzahl von Prismen (in der Quer­ schnittsdarstellung sind nur zwei dargestellt - 15, 15′) im Randbereich der Scheibe 17 derart vorgesehen, daß der Laserstrahl die Prismen (15, 15′, . . .) zeitlich hin­ tereinander durchdringt, wobei die Strahlabbildung während der Rotation der Scheibe 16 jede Lichtleitfaser bzw. -gruppe in Abfolge erfaßt. Die Rotationsgeschwin­ digkeit der Scheibe gibt dann die mittlere Pulsrate der Anordnung an. Another device according to the invention is shown in FIG. 4. The laser beam 13 also passes through an optical imaging lens 14 and then passes a specially in the edge region of a rotating disc 16 rotating around the axis R prism 15 , which focuses the beam 13 on a fiber optic fiber or group 17 . The radial attachment of a plurality of prisms (in the cross-sectional view only two are shown - 15 , 15 ') is provided in the edge region of the disc 17 such that the laser beam the prisms ( 15 , 15 ',...) In time one behind the other penetrates, with the beam image capturing each optical fiber or group in succession during the rotation of the disk 16 . The Rotationsgeschwin speed of the disc then indicates the average pulse rate of the arrangement.

Die Methoden des sequentiellen Abtastens können auch dazu benützt werden, nur Teile des Katheterquerschnitts zu aktivieren. Hierbei werden Lichtleitfasern gezielt von der Bestrahlung ausgenommen, was technisch bei den dargestellten Vorrichtungen leicht zu realisieren ist. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn eine geeignete Nachweismethode verwendet wird, die es er­ laubt, das vor dem Katheter befindliche Gewebe zu er­ kennen.The methods of sequential scanning can also only parts of the cross section of the catheter are used to activate. Optical fibers are targeted here exempt from radiation, which is technically in the shown devices is easy to implement. This is of particular interest if one Appropriate detection method is used, which he leaves the tissue in front of the catheter to know.

Als weiterer Vorteil dieser Strahlablenkungs-Methode kommt hinzu, daß damit jede einzelne Faser mit der gleichen Energie beaufschlagt werden kann. Dies ist bei einer gleichzeitigen Beleuchtung des Bündels nur sehr schwer möglich, da jeder Laserstrahl mehr oder weniger ausgeprägte Inhomogenitäten aufweist. Die gesamte mitt­ lere Leistung, die somit durch eine Faser transportiert wird, kann auf diese Weise nicht unerheblich gesteigert werden, so daß sich eine erhebliche Steigerung der Schnittgeschwindigkeit ergibt.Another advantage of this beam deflection method Added to this is the fact that every single fiber with the same energy can be applied. This is at a simultaneous illumination of the bundle only very much difficult because every laser beam more or less has pronounced inhomogeneities. The entire mitt performance that is thus transported through a fiber can be increased significantly in this way be, so that there is a significant increase in Cutting speed results.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Abtragen von Material (4) und ins­ besondere von biologischem Gewebe, mit einem Laser­ system, das Laserpulse erzeugt, die in zu einem Bündel zusammengefaßte Lichtleitfasern (1) einkoppelbar sind, die den Laserpuls an die Stelle leiten, an der Material abgetragen werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel in wenigstens zwei Gruppen von Lichtleitfasern aufgeteilt ist, und daß jeder Laserpuls in wenigstens eine Gruppe von Lichtleitfasern nicht eingekoppelt wird.1. Device for removing material ( 4 ) and in particular of biological tissue, with a laser system that generates laser pulses that can be coupled into a bundle of optical fibers ( 1 ) that guide the laser pulse to the place on the material to be removed, characterized in that the bundle is divided into at least two groups of optical fibers and that each laser pulse is not coupled into at least one group of optical fibers. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Gruppen von Lichtleitfasern nacheinander mit Laserpulsen beauf­ schlagt werden.2. Device according to claim 1, characterized in that the individual groups of Apply optical fibers successively with laser pulses be hit. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Repetitionsra­ te pro Lichtleitfaser bzw. -gruppe 25 Hz beträgt.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the maximum repetition rate te per optical fiber or group is 25 Hz. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfasern regel­ mäßig, vorzugsweise linear, innerhalb des Lichtleit­ faserbündels angeordnet sind.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the optical fibers rule moderate, preferably linear, within the light guide fiber bundle are arranged. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteinkopplung in jede einzelne Lichtleitfaser bzw. -gruppe über einen Spiegel (11) vornehmbar ist. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the light coupling into each individual optical fiber or group can be carried out via a mirror ( 11 ). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteinkopplung in jede einzelne Lichtleitfaser bzw. -gruppe durch eine, auf einer rotierenden Scheibe (16) angebrachten Prismenanordnung (15, 15′, . . .) vornehmbar ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the light coupling into each individual optical fiber or group by a, on a rotating disc ( 16 ) attached prism arrangement ( 15 , 15 ',...) Can be performed. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie jedes Laser­ pulses so bemessen ist, daß die Tiefe seiner Wirkung im Gewebe in etwa dem Fleckdurchmesser entspricht.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the energy of each laser pulses is such that the depth of its effect in the Tissue approximately corresponds to the spot diameter. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasersystem einen Excimer-Laser aufweist.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the laser system a Has excimer laser.
DE4108146A 1991-03-13 1991-03-13 Device for removing material with laser light Expired - Fee Related DE4108146C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4108146A DE4108146C2 (en) 1991-03-13 1991-03-13 Device for removing material with laser light
PCT/DE1992/000219 WO1992016154A1 (en) 1991-03-13 1992-03-13 Material-paring device by means of laser light

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4108146A DE4108146C2 (en) 1991-03-13 1991-03-13 Device for removing material with laser light

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4108146A1 true DE4108146A1 (en) 1992-09-17
DE4108146C2 DE4108146C2 (en) 1995-04-20

Family

ID=6427201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4108146A Expired - Fee Related DE4108146C2 (en) 1991-03-13 1991-03-13 Device for removing material with laser light

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE4108146C2 (en)
WO (1) WO1992016154A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0999794A1 (en) * 1997-07-09 2000-05-17 Intraluminal Therapeutics Inc. Systems and methods for steering a catheter through body tissue
EP0959782B1 (en) * 1996-04-24 2004-09-01 The Regents Of The University Of California Opto-acoustic thrombolysis
US7780654B2 (en) 2000-02-23 2010-08-24 Asclepion Laser Technologies Gmbh Device for radiating light onto a skin surface during a medical or cosmetic skin treatment

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT402256B (en) * 1992-11-17 1997-03-25 Mgaloblischwili Gurami Dr Surgical laser probe
RU2089126C1 (en) * 1994-04-11 1997-09-10 Учебно-научно-производственный "Лазерный центр" Института точной механики и оптики Method of treatment of tooth hard tissues by laser radiation and device for its realization
DE29924063U1 (en) * 1999-11-09 2001-09-27 Storz Karl Gmbh & Co Kg Light applicator for selective photocoagulation
DE10021278B4 (en) * 2000-02-23 2004-09-30 Asclepion-Meditec Ag Handpiece for emitting light onto a skin surface during a medical or cosmetic skin treatment

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3742553A1 (en) * 1986-12-22 1988-06-30 Gen Electric LIGHT, ESPECIALLY LASER BEAM DIRECTING DEVICE AND METHOD, AND LASER WORKPLACE SYSTEM
US4967745A (en) * 1987-04-10 1990-11-06 Massachusetts Institute Of Technology Multi-fiber plug for a laser catheter

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4848336A (en) * 1981-12-11 1989-07-18 Fox Kenneth R Apparatus for laser treatment of body lumens
JPS5914848A (en) * 1982-07-15 1984-01-25 株式会社トプコン Light treating apparatus
JPS59115032A (en) * 1982-12-23 1984-07-03 東北リコ−株式会社 Blood vessel connector
JPS60148566A (en) * 1984-01-13 1985-08-05 株式会社東芝 Laser treatment apparatus
US4587972A (en) * 1984-07-16 1986-05-13 Morantte Jr Bernardo D Device for diagnostic and therapeutic intravascular intervention
US4913142A (en) * 1985-03-22 1990-04-03 Massachusetts Institute Of Technology Catheter for laser angiosurgery
JPH01503206A (en) * 1987-04-25 1989-11-02 ホーラ　クリスティアン Device for laser treatment of tissue
US4791926A (en) * 1987-11-10 1988-12-20 Baxter Travenol Laboratories, Inc. Method of controlling laser energy removal of plaque to prevent vessel wall damage
DE3836337A1 (en) * 1988-10-25 1990-04-26 Meessen Stephan Dr B Method and device for recording intracorporally generated, laser-induced shock waves
DE4038520A1 (en) * 1990-12-03 1991-06-20 Steiger Erwin Versatile balloon catheter for pulsed laser surgery - uses segmented multi-fibre optics to control energy distribution

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3742553A1 (en) * 1986-12-22 1988-06-30 Gen Electric LIGHT, ESPECIALLY LASER BEAM DIRECTING DEVICE AND METHOD, AND LASER WORKPLACE SYSTEM
US4967745A (en) * 1987-04-10 1990-11-06 Massachusetts Institute Of Technology Multi-fiber plug for a laser catheter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MULLER, D., "Excimer Lasers In Medicine", in: "Lasers & Appl.", May 1986, S.85-89 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0959782B1 (en) * 1996-04-24 2004-09-01 The Regents Of The University Of California Opto-acoustic thrombolysis
EP0999794A1 (en) * 1997-07-09 2000-05-17 Intraluminal Therapeutics Inc. Systems and methods for steering a catheter through body tissue
EP0999794A4 (en) * 1997-07-09 2006-01-04 Intraluminal Therapeutics Inc Systems and methods for steering a catheter through body tissue
US7780654B2 (en) 2000-02-23 2010-08-24 Asclepion Laser Technologies Gmbh Device for radiating light onto a skin surface during a medical or cosmetic skin treatment

Also Published As

Publication number Publication date
WO1992016154A1 (en) 1992-10-01
DE4108146C2 (en) 1995-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2145921C2 (en) Device for material processing by means of a laser beam with a flexible light guide
EP2247251B1 (en) Laser processing device for processing biological tissue
DE19852948C2 (en) Dermatological handpiece
EP0957804B1 (en) Device for removing material from a workpiece by laser radiation
EP0530574B1 (en) Apparatus for laser machining of high density bone in particular tooth enamel
EP0734234B1 (en) Device for removing deposits from teeth
EP0780097A2 (en) Laser devices and methods for medical, especially dental use
DE4004736C2 (en) Device for the controlled removal of material from a given processing point, in particular in hollow organs or vascular stenoses, by laser ablation
DE19727573C1 (en) Device and method for shaping surfaces, in particular lenses
EP0395717B1 (en) Device for ablative photodecomposition of organic and inorganic substances, in particular hard dental materials
DE3917663C2 (en)
DE4004423C2 (en) Device for the surgical treatment of ametropia
DE1566107B2 (en) OPTICAL DEVICE FOR THE COAGULATION OF CLOSELY DISCONTINUED POINT-SIMILAR SITES OF THE EYE RETINA
DE4108146C2 (en) Device for removing material with laser light
DE4114492A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR PROCESSING MATERIALS WITH THE AID OF A LASER
DE10207535A1 (en) Device for machining and measurement of an object using laser ablation comprises a radiation source, circuit and guiding elements and has a simple design that enables simple handling
DE19702335C1 (en) Material processing arrangement with pulsed laser e.g. for eye surgery
DE19510939B4 (en) Method for cleaning the exit window of a pulsed laser beam and device for carrying out the method
DE602005003750T2 (en) Laser for photoablation with adjustable pulse emission frequency.
DD263447A1 (en) ARRANGEMENT FOR THE OPERATIONAL TREATMENT OF THE EYEBERRY SKIN
EP2477568B1 (en) Laser beam aligning unit and laser treatment device for treating a material
EP0311658B1 (en) Device for treating tissues with laser
DE3813918A1 (en) Device for laser treatment of tissue
DE10133341A1 (en) Laser cutting in surface of hard object involves re-focusing laser beam on floor of cut when increasing cut depth by adjusting focusing arrangement
EP0662803B1 (en) Process and device for correcting the shape of a lens

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: MEDOLAS GESELLSCHAFT FUER MEDIZINTECHNIK MBH, 8216

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: ATV GMBH, 80803 MUENCHEN, DE

8339 Ceased/non-payment of the annual fee
8370 Indication of lapse of patent is to be deleted
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: AMJ BV, AMSTERDAM, NL

8339 Ceased/non-payment of the annual fee