DE4429192C2 - Faserapplikator - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Faserapplikator, insbesondere
für endoskopische Zwecke, mit einer optischen Faser und ei
ner diese umgebenden, einseitig verschlossenen Kapillare
aus einem strahlungsdurchlässigen Material, wobei die opti
sche Faser aus einem Material besteht, das für Strahlung
mit einer Wellenlänge < 2,5 µm durchlässig ist.
Zur Applikation von Laserstrahlung im Infrarotbereich sind
aus der US 5,129,895 A Faserapplikatoren bekannt, die eine
Quarzfaser mit einer Quarzkapillare umgeben und durch das
Zusammenwirken einer geneigten Stirnfläche der Quarzfaser
einerseits und eines zwischen Quarzfaser und Kapillarenende
eingeschlossenen Luftvolumens andererseits eine seitliche
Ablenkung der aus der Quarzfaser austretenden Strahlung er
möglichen. Der aus der US 5,129,895 A bekannte Faserappli
kator wird bei einem Endoskop für Augenoperationen einge
setzt. Hierbei wird die Laserstrahlung mittels der Quarzfa
ser zu einem Operationsgebiet geführt. Die Quarzfaser ist
in ihrem distalen Endbereich von einer einseitig verschlos
senen Quarzhülse umgeben, die ihrerseits entlang ihres hal
ben Umfangs von einer Metallrinne geschützt wird. Letztere
erweitert sich in proximaler Richtung zu einem die Quarz
hülse entlang ihres gesamten Umfangs umgebenden Metall
röhrchen. Im Abstand vom distalen Ende der Quarzfaser ist
zwischen dieser und der Quarzhülse eine Schutzhülle ange
ordnet, so daß Quarzfaser und Quarzhülse im distalen Endbe
reich im Abstand voneinander gehalten sind und sich zwi
schen den beiden Bauteilen ein mit Luft gefüllter Zwischen
raum ausbildet. Diese Faserapplikatoren sind nur in Wellen
längenbereichen bis allenfalls 2,5 µm einsetzbar, da Quarz
für längerwellige Strahlung nicht ausreichend durchlässig
ist. Außerdem ist es mit derartigen Faserapplikatoren nicht
möglich, die durch die Faser herangeführte Strahlung in
Richtung des Faserapplikators abzugeben. Schließlich sind
bekannte Faserapplikatoren dieser Bauart für Eingriffe im
Auge gedacht und daher werden sie entsprechend kurz ausge
bildet. Es fehlt ihnen insgesamt an der notwendigen mecha
nischen Stabilität, um Eingriffe in Körperbereichen vorzu
nehmen, die von der Körperoberfläche weiter entfernt sind.
Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 94 09 616 U1
ist ein Applikator zur Behandlung eines erhöhten Augenin
nendrucks mittels Laserstrahlung bekannt. Hierbei kommt ei
ne optische Faser in Form einer Lichtleitfaser zum Einsatz,
die unmittelbar von einer aus Leichtmetall gefertigten Ab
schlußhülse umgeben ist. Auf den distalen Endbereich der
Abschlußhülse ist ein aus Kunststoff oder aus Aluminium
hergestelltes Hülsenteil aufgesteckt.
Weitere optische Fasern sind aus der europäischen Offenle
gungsschrift EP 0 261 484 A sowie der US-Patentschrift
US 4,836,643 A bekannt.
In der DE 27 08 014 B wird ein Stecker beschrieben zur An
kopplung eines Einzellichtwellenleiters an einen anderen
Einzellichtwellenleiter oder an einen Lichtsender oder
-empfänger, und aus der GB 1 215 383 B ist ein Mikroskop
bekannt, das teilweise in eine Körperhöhle eingeführt wer
den kann und bei dem ein Lichtleitfaserbündel zum Einsatz
kommt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungs
gemäßen Faserapplikator so auszubilden, daß er für den Ein
satz mit längerwelliger Infrarotstrahlung auch in Bereichen
des Körpers geeignet ist, die von der Körperoberfläche weiter
entfernt sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Faserapplikator der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
optische Faser eine quer zu ihrer Längsrichtung verlaufende
Austrittsfläche für die Strahlung aufweist, daß die Kapil
lare über die gesamte Länge, in der ihr zylindrischer Teil
die Faser umgibt, allseits von einem eng anliegenden Me
tallröhrchen umgeben ist, welches sich bis an die ver
schlossene Stirnseite der Kapillare erstreckt, und daß die
Kapillare an der Faser eng anliegt.
Es ist auf diese Art und Weise möglich, ohne Zwischenschal
tung komplizierter optischer Mittel Infrarotstrahlung mit
einer Wellenlänge < 2,5 µm, also beispielsweise die Strah
lung eines Er:YAG-Lasers mit einer Wellenlänge von 2,94 µm,
auch an entfernte Körperbereiche heranzuführen. Die Verwen
dung eines die Kapillare allseits umgebenden Metallröhr
chens verleiht dem Faserapplikator eine so hohe Stabilität,
daß insbesondere ein endoskopischer Einsatz möglich ist,
also die Einführung des Faserapplikators durch sehr kleine
Körperöffnungen entweder direkt in tieferliegende Körperbe
reiche oder durch eine Trokarhülse hindurch, durch die ge
gebenenfalls auch noch andere chirurgische Instrumente in
den Körper eingeführt werden können.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Faserapplikator eine
Länge zwischen 10 und 30 cm aufweist. Dies ist nur aufgrund
der speziellen Konstruktion möglich, da nur dadurch die
notwendige mechanische Stabilität erreicht wird, um die Ka
pillare einerseits und die darin aufgenommene Faser ande
rerseits gegen Beschädigung zu schützen.
Es wird dadurch möglich, Faserapplikatoren herzustellen,
deren Außendurchmesser zwischen 1 und 3 mm liegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein,
daß die Kapillare in dem Metallröhrchen längsverschieblich
gelagert ist.
Bei einer anderen Ausführungsform ist die Kapillare in dem
Metallröhrchen mittels eines auflösbaren Klebstoffes gehal
ten, so daß zu Reinigungszwecken und zum Auswechseln Kapil
lare und Metallröhrchen wieder getrennt werden können, ob
wohl sie während des Einsatzes dauerhaft miteinander ver
bunden sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die optische Faser aus
ZrF4 besteht. Dieses Material ist für Wellenlängen < 2,5 µm
in der gewünschten Weise durchsichtig, und die Aufnahme
dieser Faser in der allseits geschlossenen Kapillare stellt
sicher, daß dieses Material mit dem Körper an keiner Stelle
in Kontakt gerät. Dies ist wesentlich, da das verwandte Ma
terial sehr hygroskopisch ist und eine toxische Wirkung
vermutet wird.
Anstelle der ZrF4-Faser könnten auch sogenannte Chalcoge
nid-Fasern (zum Beispiel As2Se3, Ge2Te2As3Se3) oder Chalco
halogenid-Fasern (zum Beispiel As40Se50Br10 oder TeSeAsl)
oder Silberhalogenid-Fasern (zum Beispiel AgCl : AgBr) verwendet
werden.
Die Kapillare kann vorzugsweise aus Quarz oder aus Glas be
stehen.
Es ist besonders günstig, wenn gemäß einer bevorzugten Aus
führungsform die Stirnfläche der Kapillare als Strahlform
fläche ausgebildet ist. Aufgrund der quer zur Längsrichtung
angeordneten Austrittsfläche der Faser fällt die aus der
Faser austretende Strahlung somit direkt auf die Stirnflä
che der Kapillare, und diese kann eingesetzt werden, um die
Strahlung in der gewünschten Weise auszugestalten.
Bei einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die
Stirnfläche der Kapillare planparallel poliert ist, sie
läßt damit die aus der Stirnfläche der Faser austretende
Strahlung im wesentlichen unverändert hindurchtreten. Es
ist dabei vorteilhaft, wenn das Metallröhrchen mit der
Stirnfläche der Kapillare abschließt, so daß die Kapillare
im Inneren des Metallröhrchens maximal geschützt ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein,
daß die Stirnfläche nach außen gewölbt ist. Dies führt zu
einer merklichen Verringerung der Austrittsdivergenz der
aus der Kapillare austretenden Strahlung. Günstig ist es
dabei, wenn die nach außen gewölbte Stirnfläche über das
Ende des Metallröhrchens vorsteht. Das Metallröhrchen um
gibt also die Kapillare in ihrem zylindrischen Teil voll
ständig, lediglich der gewölbte Teil befindet sich außer
halb des Metallröhrchens, so daß keine toten Winkel im In
neren des Metallröhrchens zwischen der gewölbten Kapilla
renstirnfläche und dem Metallröhrchen entstehen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgese
hen, daß zum stirnseitigen Abschluß der Kapillare eine
Quarz- oder Saphirkugel auf die offene Kapillare aufgesetzt
ist, beispielsweise durch Aufschmelzen. Diese aufgesetzte
Kugel wirkt als Mikrolinse und führt zu einer Fokussierung
der abgegebenen Strahlung.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Faser
applikators ist vorgesehen, daß die offene Kapillare mit
tels eines Einsatzes verschlossen ist, der einen gegenüber
der Längsachse der Kapillare geneigten dielektrischen Spie
gel trägt, und daß das Metallröhrchen den seitlichen Wand
bereich der Kapillare, hinter den sich die Faser nicht er
streckt und durch den die an dem Spiegel reflektierte
Strahlung austritt, freiläßt. Mit einem derartigen Faser
applikator ist es möglich, Strahlung seitlich austreten zu
lassen, und zwar je nach Anordnung des dielektrischen Spie
gels unter einem gewünschten Austrittswinkel.
Es ist vorteilhaft, wenn sich an das strahlungsquellensei
tige Ende des Metallröhrchens ein die optische Faser umhül
lender, flexibler Mantel anschließt. Dadurch wird es mög
lich, daß in diesem Bereich die gesamte Strahlungsleitvor
richtung flexibel ist, so daß der Faserapplikator insgesamt
beispielsweise in ein flexibles Endoskop eingesetzt werden
kann. Bei einer solchen Ausgestaltung kann das Metallröhr
chen auch kürzer ausgebildet sein, beispielsweise kann es
eine Länge von nur einigen Zentimetern aufweisen.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der
näheren Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1 den vorderen Teil eines in Längsrichtung
geschnittenen Faserapplikators mit plan
paralleler Stirnfläche der Kapillare;
Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 mit gewölb
ter Stirnfläche der Kapillare;
Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 mit einer
durch eine Kugel abgeschlossenen Kapilla
re und
Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 mit einer
durch einen spiegelnden Einsatz abge
schlossenen Kapillare.
Der in der Zeichnung dargestellte Faserapplikator 1 umfaßt
eine Lichtleitfaser 2, die enganliegend von einer Kapillare
3 umgeben wird. Diese wiederum ist in ein Metallröhrchen 4
derart eingesetzt, daß dieses die Kapillare 3 über deren
gesamte Länge umgibt.
Die Lichtleitfaser 2 ist mit dem Ausgang eines Festkörper
lasers 5 verbunden, beispielsweise mit einem Er:YAG-Laser,
der Lichtpulse mit einer Wellenlänge von 2,94 µm abgibt.
Die Lichtleitfaser besteht aus einem Material, das für eine
solche Wellenlänge durchlässig ist, vorzugsweise aus ZrF4.
Es könnten auch sogenannte Chalcogenid-Fasern, Chalcohalo
genid-Fasern oder Silberhalogenid-Fasern verwendet werden.
Der Außendurchmesser kann beispielsweise bei 600 µm liegen,
der Außendurchmesser der enganliegenden Kapillare, die aus
Glas oder aus Quarz bestehen kann, liegt beispielsweise bei
950 µm.
Das die Kapillare umgebende Metallröhrchen besteht vorzugs
weise aus Edelstahl, seine Länge liegt je nach Anwendung
zwischen 10 und 30 cm, sein Außendurchmesser bei einer be
vorzugten Ausführungsform bei 2 mm.
Die Lichtleitfaser 2 kann in der Kapillare 3 lose einge
schoben sein, sie kann auch mittels eines auflösbaren Kle
bers fixiert sein, so daß es möglich ist, nach Auflösung
des Klebers die Lichtleitfaser 2 aus der Kapillare 3 her
auszuziehen und sie beispielsweise in eine andere Kapillare
einzuschieben.
In gleicher Weise kann die Kapillare 3 in dem Metallröhr
chen 4 längsverschieblich gelagert sein oder mittels eines
auflösbaren Klebers festgelegt sein.
Insgesamt ist es bei einer solchen Ausgestaltung ohne wei
teres möglich, im Faserapplikator 1 die Kapillare auszu
wechseln und den Faserapplikator mit derselben Lichtleitfa
ser 2, jedoch einer anderen Kapillare weiterzuverwenden.
Die Kapillare 3 ist an ihrer Stirnseite verschlossen, auf
der gegenüberliegenden Seite schließt sie ebenfalls gegen
über der Lichtleitfaser 2 dicht ab, so daß die Lichtleitfa
ser 2 über ihre gesamte Länge im Inneren der Kapillare 3
luft- und wasserdicht abgeschlossen ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Kapillare 3
durch eine Stirnfläche 6 verschlossen, die planparallel
ausgebildet ist und quer zur Längsrichtung der Kapillare 3
verläuft. Bei dieser Ausführungsform kann die aus der ebenen,
ebenfalls quer zur Längsrichtung angeordneten Stirn
fläche 7 der Lichtleitfaser austretende Strahlung im we
sentlichen unverändert durch die Stirnfläche 6 hindurchtre
ten. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Me
tallröhrchen 4 bis an die ebene Stirnfläche 6 heran, das
heißt die Kapillare 3 ist vollständig im Inneren des Me
tallröhrchens 4 angeordnet und daher optimal geschützt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2, bei dem einander
entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen tragen, ist die
Stirnfläche 6 nach außen gewölbt ausgebildet, der nach aus
sen gewölbte Teil steht aus dem Metallröhrchen 4 hervor.
Durch diese Ausgestaltung wird die aus der Stirnfläche 7
der Lichtleitfaser 2 austretende Strahlung zur Längsachse
des Faserapplikators 1 hin gebrochen, die Divergenz wird
also herabgesetzt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3, bei dem wieder
gleiche Teile dieselben Bezugszeichen tragen, ist die Ka
pillare 3 offen ausgebildet, es fehlt also eine die Kapil
lare verschließende Stirnfläche. Statt dessen ist auf die
Kapillare 3 eine Kugel 8 aus Quarz oder Saphir aufgesetzt,
beispielsweise durch Aufschmelzen, so daß dadurch die Ka
pillare 3 luft- und wasserdicht verschlossen wird. Diese
Kugel 8 wirkt als Mikrolinse und bricht ebenfalls die aus
der Stirnfläche 6 austretende Strahlung zur Achse des Fa
serapplikators 1 hin. Das Metallröhrchen 4 erstreckt sich
bei dieser Ausführungsform bis zum Ende der Kapillare 3,
auch diese befindet sich so vollständig im Schutz des Me
tallröhrchens 4, über das Metallröhrchen 4 steht lediglich
ein Teil der Kugel 8 vor.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen tritt
die Strahlung in Richtung der Längsachse des Faserapplika
tors 1 aus diesem aus.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 wird dagegen eine
seitliche Umlenkung der Strahlung dadurch erreicht, daß in
die offene Kapillare 3 ein Einsatz 9 abgedichtet eingesetzt
ist, dessen geneigte, zur Stirnfläche 7 der Lichtleitfaser
2 gewandte Grenzfäche 10 einen dielektrischen Spiegel 11
trägt. Dadurch wird die aus der Stirnfläche 7 austretende
Strahlung an diesem Spiegel 11 reflektiert und seitlich ab
gelenkt. Das Metallröhrchen 4 umgibt die Kapillare bis an
deren Ende, lediglich im Austrittsbereich der seitlich ab
gelenkten Strahlung weist das Metallröhrchen eine Durchbre
chung 12 auf, durch die die Strahlung seitlich austreten
kann.
Claims (20)
1. Faserapplikator, insbesondere für endoskopische Zwecke,
mit einer optischen Faser (2) und einer diese
umgebenden, einseitig verschlossenen Kapillare (3) aus
einem strahlungsdurchlässigen Material, wobei die
optische Faser (2) aus einem Material besteht, das für
Strahlung mit einer Wellenlänge < 2,5 µm durchlässig
ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die optische Faser (2) eine quer zu ihrer Längs
richtung verlaufende Austrittsfläche (7) für die Strah
lung aufweist, daß die Kapillare (3) über die gesamte
Länge, in der ihr zylindrischer Teil die Faser (2)
umgibt, allseits von einem eng anliegenden
Metallröhrchen (4) umgeben ist, welches sich bis an die
verschlossene Stirnseite der Kapillare (3) erstreckt,
und daß die Kapillare (3) an der Faser (2) eng anliegt.
2. Faserapplikator nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß er eine Länge zwischen 10 und 30 cm
aufweist.
3. Faserapplikator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß sein Außendurchmesser zwischen 1 und
3 mm liegt.
4. Faserapplikator nach einem der voranstehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (3) in
dem Metallröhrchen (4) längsverschieblich gelagert ist.
5. Faserapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Kapillare (3) in dem
Metallröhrchen (4) mittels eines auflösbaren Kleb
stoffes gehalten ist.
6. Faserapplikator nach einem der voranstehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser (2)
aus ZrF4 besteht.
7. Faserapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die optische Faser (2) aus
einem Chalcogenid besteht.
8. Faserapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die optische Faser (2) aus
einem Chalcohalogenid besteht.
9. Faserapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die optische Faser (2) aus
einem Silberhalogenid besteht.
10. Faserapplikator nach einem der voranstehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (3) aus
Quarz besteht.
11. Faserapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (3) aus Glas
besteht.
12. Faserapplikator nach einem der voranstehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (6)
der Kapillare (3) als Strahlformfläche ausgebildet ist.
13. Faserapplikator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß die Stirnfläche (6) der Kapillare (3)
planparallel poliert ist.
14. Faserapplikator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich
net, daß das Metallröhrchen (4) mit der Stirnfläche (6)
der Kapillare (3) abschließt.
15. Faserapplikator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich
net, daß die Stirnfläche (6) nach außen gewölbt ist.
16. Faserapplikator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich
net, daß die nach außen gewölbte Stirnfläche (6) über
das Ende des Metallröhrchens (4) vorsteht.
17. Faserapplikator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß zum stirnseitigen Abschluß der Kapillare (3)
eine Quarz- oder Saphirkugel (8) auf die offene Kapil
lare (3) aufgesetzt ist.
18. Faserapplikator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich
net, daß die Quarz- oder Saphirkugel (8) über das
Metallröhrchen (4) vorsteht.
19. Faserapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die offene Kapillare (3)
mittels eines Einsatzes (9) verschlossen ist, der einen
gegenüber der Längsachse der Kapillare (3) geneigten
dielektrischen Spiegel (11) trägt, und daß das
Metallröhrchen (4) den seitlichen Wandbereich der
Kapillare (3), hinter den sich die Faser (2) nicht
erstreckt und durch den die an dem Spiegel (11)
reflektierte Strahlung austritt, freiläßt.
20. Faserapplikator nach einem der voranstehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das strah
lungsquellenseitige Ende des Metallröhrchens (4) ein
die optische Faser (2) umhüllender flexibler Mantel
anschließt.
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