DE2538960C2

DE2538960C2 - Vorrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von in einem Lebewesen befindlichen Konkrementen

Info

Publication number: DE2538960C2
Application number: DE2538960A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr. 7777 Salem Dreyer; Bernd Dr. 7990 Friedrichshafen Forßmann
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1975-09-02
Filing date: 1975-09-02
Publication date: 1985-04-11
Also published as: DE2538960A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von in einem Lebewesen befindlichen Konkrementen, bei der in einer rotationselliptischen Fokussierungskammer Schockwellen in einem Brennpunkt erzeugt und auf das im zweiten Brennpunkt befindliche Konkrement fokussiert werden.

Aus der DE-OS 23 51 247 ist eine Einrichtung dieser Art bekannt, bei der die Schockwellen durch Unterwasserfunkentladung erzeugt werden. Hierzu werden hohe Spannungen zwischen 15 kV und 30 kV benötigt, so daß sich der Körper des Lebewesens in unmittelbarer Nähe von spannungs- und stromführenden Teilen befindet Die behandelnden Ärzte und Assistenten sind in der Regel den Umgang mit komplizierten elektrischen und elektronischen Geräten gewohnt, die bei falscher Anwendung die Gesundheit der Patienten gefährden kön nen. Zur Entlastung des Krankenhauspersonals ist es aber erforderlich, daß z. B. hochspannungsführende Geräte von ausgebildeten Wartungstechnikern regelmäßig auf ihre Sicherheit überprüft werden.

ίο Bei der Zertrümmerung von Konkrementen mittels elektrisch erzeugter Schockwellen können Änderungen der Schockwellenenergie nur in geringen Grenzen oder nur mit erheblichem apparativen Aufwand durch Änderung des Abstands der Unterwasserelektroden ermög- IKzht werden. In der Regel muß der Abstand der Elektroden zur Erzeugung von intensitätsstarken Schockwellen einige mm betragen, wodurch die Schockwellenquelle keine punktförmige Geometrie mehr besitzt und Abbildungsfehler bei der Fokussierung entstehen können.

Ferner nutzen sich die Unterwasserelektroden stark ab, so daß die Lebensdauer begrenzt ist und auch aus diesem Grund eine regelmäßige Wartung der verwendeten Einrichtungen erforderlich ist

Es ist zwar bekannt, daß mit Hilfe intensiver Laser-

strahlen, welche in Flüssigkeiten eingeleitet werden, Schockwellen erzeugbar sind (Appl. Phys. Lett 15. Jan. 1967, Seiten 4b bis 48). Die Dauer des Laserimpulses liegt dabei zwischen 10 und 50 nsec und die benötigten Energien sind etwa 0,1 bis 10 J. Eine praktische Anwendung außerhalb der Grundlagenforschung der so erzeugten Schockwellen ist nicht angegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von im Körper eines Lebewesens befindlichen Konkrementen mittels in einer Fokussierungskammer erzeugter Schockwellen zu schaffen, wobei in Nähe des Lebewesens keine hohen strom- und spannungsführenden Bauteile vorhanden sind und eine unkomplizierte Regelung der Schockwellenenergie möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen außerhalb der Fokussierungskammer befindlichen Riesenimpulslaser, dessen Laserstrahl aufgeweitet wird und durch ein in der Wand der Fokussierungskammer befindliches Linsensystem, das den aufgeweiteten Laserstrahl im Brennpunkt der rotationselliptischen Fokussierungskammer vereinigt

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Strahlengang des Impulslasers ein Strahlteiler vorgesehen, der ihn in zwei oder mehrere Teilstrahlen aufspaltet und in der Wand der Fokussierungskammer sind zwei oder mehrere strahldurchlässige Fenster mit fokussierenden Linsensystemen angeordnet, die ein Eindringen derTeiistrahlen in die Fokussierungskammer ermöglichen, in der sie im Brennpunkt der Fokussierungskammer fokussiert und sich kreuzend vereinigt werden.

Es ist weiter vorteilhaft, wenn sich im Brennpunkt der Fokussierungskammer ein lichtabsorbierendes Medium (z. B. Farbstoffe, Suspensionen) oder geeignete Vorrich tungen wie Folien, Stifte oder Drähte befinden. Hierbei kommt es zu einer hohen Aufheizung und Plasmabildung im Bereich des Brennpunkts der Fokussierungskammer und zur Ausbildung einer Schockwelle. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung werden Fenster- und Linsensysteme in der Fokussierungskammer, die von der sich ausbreitenden Schockwelle berührt werden können, so gestaltet, daß sie entweder aus einem Material mit hoher Zugfestigkeit bestehen oder

aber im Gehäuse dämpfend befestigt sind. Die Schockwelle soll möglichst das Linsensystem durchlaufen und wird dann hinter dem Linsensystem vernichtet oder aber vom Linsensystem reflektiert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der F i g. 1 und 2 beispielsweise erläutert Es zeigt

Fig. 1 die prinzipielle Darstellung der Einkopplung des Impulslaserstrahls eines Riesenimpulslasers in eine Fokussierungskarnmer und

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Linsensystems, das die Wandung eines Koppelgeräts durchbricht

In F i g. 1 wird beispielsweise mittels eines Rubinlasers ein Laserstrahl 4 erzeugt und auf eine Kreisfläche von ca. 10 bis 20 mm² aufgeweitet Dieser Laserstrahl 4 trifft auf eine Fokussierungskammer 6, die einen Teil eines Rotationsellipsoids darstellt und mit einer Koppelflüssigkeit 8, wie z. B. Wasser, gefüllt ist Der eine Brennpunkt des Rotationsellipsoids ist mit /ι bezeichnet, der andere Brennpunkt dieses Ellipsoids befindet sich im Körper 10 eines Lebewesens genau an der Stelle, an der ein Konkrement 12 vorhanden ist Der Patient ist mittels einer nicht gezeigten Einrichtung so gegenüber der Fokussierungskammer 6 positioniert, daß das Konkrement 12 sich im zweiten Brennpunkt h befindet Der Patient sitzt dabei beispielsweise in einer nicht gezeigten Wanne, so daß die Koppelflüssigkeit 8 die Oberfläche 16 des Körpers 10 ständig berührt und auch den Hohlraum der Fokussierungskammer ausfüllt

Im Bereich des Laserstrahls 4 ist eine Wand 18 der Fokussierungskammer 6 von einer Bohrung 20 durchbrochen, in der eine Linse 22 oder ein Linsensystem befestigt ist Linse 22 ist eine Fokussierungsltnse, die an ihren Rändern in einem Dämpfungsring 24 schwingungsfrei gelagert ist Diese Linse fokussiert den aufgeweiteten Laserstrahl 4 auf den Brennpunkt /ι, so daß in diesem Brennpunkt eine sehr hohe Energiedichte vorhanden ist die eine Schockwelle bekannter Art auslöst. Die Schockwellen laufen nun geradlinig oder aber an der Innenwand 26 der Fokussierungskammer 6 reflektiert zum Brennpunkt f₂, wo sie ein Konkrement 12 in kleine, abgangsfähige Bruchstücke zertrümmern.

Als Werkstoff für die Linse 22 wird vorzugsweise ein Material verwendet, dessen akustische Impedanz viel größer sein soll als die der KoppelfJüssigkeit 8. Wenn Wasser als Koppelflüssigkeit verwendet wird, dann kann die Linse 22 (oder Linsensystem) beispielsweise aus Glas hergestellt sein. Die Dicke der Linse 22 soll größer sein als die mittief? Wellenlänge des Schockwellenimpulses. In diesem Fall wird der größte Teil der Schockwellanenergie an der der Koppelflüssigkeit 8 anliegenden Fläche als Druckwelle reflektiert Nur ein geringer Teil dringt in die Sammellinse ein und wird auf der gegenüberliegenden Fläche als Zugwelle reflektiert Eine Zerstörung der Sammellinse durch den aus der Literatur bekannten Abplatzeffekt wird bei entsprechender Wahl der akustischen Impedanzverhältnisse vermieden. Die Druckbelastung der Sammellinse wird durch die schwingungsfreie Lagerung im Dämpfungsring 24, der beispielsweise aus Polyurethan bestehen kann, aufgefangen. Die Linse 22 kann direkt als Eintrittsfenster verwendet werden.

Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung des Linsensystems ist in F i g. 2 gezeigt, wobei die Fokussierungskammer mittels eines Fensters 38 verschlossen ist und eine Sammellinse 30 (oder Linsensystem) vorhanden ist, die akustisch an die Koppelflüssigkeit angepaßt ist. Sammellinse 30 befindet sich in einem Dämpfungsring 32, der durch einen Klemmring 34 in einer Nut der Bohrung 20 gehalten ist Bohrung 20 verjüngt sich Ln Richtung auf Brennpunkt f_u ohne daß der Strahlengang behindert wird. Hinter der Sammellinse 30 in Richtung auf Wandung 18 ist die Bohrung 20 zylinderförmig und mit einem Dämmstoff 36 ausgekleidet der über Klemmring 34 eine Dämpfung der Sammellinse 30 bewirkt Auf der Seite des Riesenimpulslasers 2 ist die Bohrung 20 mittels eines planparailelen Fensters 38 abgeschlossen,

ίο welches durch einen Befestigungsring 44 gehalten wird. Beiderseits der Sammellinse 30 befindet sich die für die Schockwellenübertragung notwendige Flüssigkeit Die Sammellinse 30 selbst besteht aus einem Material, welches möglichst gleiche akustische Impedanz besitzt wie die Koppelflüssigkeit beispielsweise aus Plexiglas, wenn die Koppelflüssigkeit aus Wasser besteht Die Schockwelle durchdringt dann die Sammellinse 30, ohne sie zu zerstören. Im Dämmstoff 36 wird ein großer Teil der Schockwellenenergie vernichtet so daß das Fenster 38 nicht zerstört werden kann. Das pie. parallele Fenster 38 hat eine Dicke, weiche größer ist a'~ die mittlere Wellenlänge der Schockwelle und auch eine größere akustische Impedanz als die Koppelflüssigkeit so daß der Teil der Schockwelle, der noch nicht absorbiert wurde, als Druckwelle reflektiert wird. Das Fenster 38 wird durch den Befestigungsring 44 schwingungsfrei gelagert. Bohrung und Linsensystem können auch so beschaffen sein, daß die Schockwellenenergie durch Reflektion vernichtet wird.

Eine Einrichtung zur vorteilhaften Umsetzung der Energie des Laserstrahls in Schockwellenenergie im Brennpunkt /i des Rotationsellipsoids ist in Fig. 1 gezeigt Hierzu wird ein Laserlicht absorbierendes Mittel — im Ausführungsbeispiel ein Stift 40 — mit seiner Spitze 42 genau auf Brennpunkt f\ ausgerichtet An Stelle des Stiftes kann auch ein kleines Röhrchen beim Brennpunkt f\ positioniert werden, aus dem eine das Laserlicht stark absorbierende Flüssigkeit genau beim Brennpunkt f\ ausgespritzt wird. Für jeden Laserblitz und somit für jede einzelne Schockwelle wird jeweils ein wenig Flüssigkeit ausgespritzt oder aber der Stift 40, der sich durch Abbrand verkürzt, nachgeschoben.

Die genaue Brennpunktlage der Spitze 42 des Stiftes 40 kann beispielsweise mittels eines feinen Lichtstrahls kontrolliert werden, der senkrecht zum Metallstift die rotationselliptische Fokussierungskammer im Brennpunkt /Ι durchquert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von in einem Lebewesen befindlichen Konkrementen, bei der in einer rotationselliptischen Fokussierungskammer Schockwellen in einem Brennpunkt erzeugt und auf das im zweiten Brennpunkt befindliche Konkrement fokussiert werden, gekennzeichnet durch einen außerhalb der Fokussierungskammer (6) befindlichen Riesenimpulslaser (2), dessen Laserstrahl (4) aufgeweitet wird und durch ein in der Wand (18) der Fokussierungskammer (6) befindliches Linsensystem (22), das den aufgeweiteten Laserstrahl (4) im Brennpunkt (f\) der rotationselliptischen Fokussierungskammer (6) vereinigt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlteiler den Laserstrahl (4) in zwei oder mehrere Teilstrahlen aufspaltet und in der Wand (18) de/ Fokussierungskammer (6) zwei oder mehrere iichtstrahidurchiässige Fenster mit fokussierenden Linsensystemen angeordnet sind, die die Teilstrahlen im Brennpunkt (f\) der Fokussierungskammer (6) fokussieren und sich kreuzend vereinigen.

3. Vorrichtung nach Anspruph 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Brennpunkt (f\) der Fokussierungskammer ein abbrennbarer, positionierbarer Stift (40) befindet

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß nahe dem Brennpunkt (f\) der Fokussierungskammer eine Einspritzdüse angeordnet ist, die einen Bereich unterschiedlicher Lichtabsorption in dem mit Koppeiilüss' ckeit (8) gefüllten Hohlraum der Fokussierungskammer im Brennpunkt (f\) erzeugt

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Filter in den Strahlengang des Laserstrahls (4) einbringbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Fenster die Schockwellenenergie mittels eines dämpfenden Einsatzes vermindert wird und daß das als Linsensystem (22) ausgebildete Fenster nur auf Druck beansprucht wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse oder das Linsensystem akustisch an die Koppelflüssigkeit (8) angepaßt ist und sich beiderseits des Linsensystems Koppelflüssigkeit befindet und die Wandungen im Strahlengang mit einem dämpfenden Material ausgekleidet sind, in dem die Schockwelle absorbiert wird.