DE2538960A1 - Therapeutic destruction of concretions by impulse laser - uses elliptical focussing chamber with shock waves produced at focal point - Google Patents
Therapeutic destruction of concretions by impulse laser - uses elliptical focussing chamber with shock waves produced at focal pointInfo
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Abstract
Description
Einrichtung zum berührungsfreien Zertrtimn.ern von im KörperDevice for contact-free splitting of in the body
eines leber eisens befindlichen Konkrementen I)íe Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Zertrun1nlern von inl Körper eines Lebewesens befindlichen Konkrementen, wobei in einer rotationseiliptischen Fokussierungskammer Schockwellen in einem Brennpunkt erzeugt und auf das im zweiten Brennpunkt befindliche Konkrement fokussiert werden.of a liver iron located calculus I) íe invention relates a device for trundling in the body of a living being Concrements, with shock waves in a rotationally cable-shaped focusing chamber generated in one focal point and on the calculus located in the second focal point be focused.
Aus der DT-OS 23 51 247 ist eine Einrichtung dieser Art bekannt, bei der die Schockwellen durch Unterwasserfunkenentladung erzeugt werden. Hierzu werden hohe Spannungen zwischen 1 5 kV und 30 kV benötigt, sodaß sich der Körper des Lebewesens tn ummittelbarer Nähe von spannungs- und stromführenden Teilen befindet. J#ie behandelnden Ärtze und Assistenten sind in der Regel den Umgang nlit komplizierten elektrischen und elektromischen Geräten gewohnt, die bei falscher Anwendung die Gesundheit der Patienten gefährden können. Zur Entlastung des Krankenhauspersoiials ist es aber erforderlich, daß z. B. hochspannungsführende Geräte von ausgebildeten Wartungstechnikern regelmaßig auf ihre Sicherheit überprüft werden.A device of this type is known from DT-OS 23 51 247 which the shock waves are generated by underwater spark discharge. To do this will be high voltages between 1 5 kV and 30 kV are required, so that the body of the living being tn is in the immediate vicinity of voltage and current-carrying parts. J # ie treating Doctors and assistants are usually dealing with complicated electrical issues and electrical devices that, if used incorrectly, can damage the health of the Endanger patients. But it is to relieve the hospital staff required that z. B. high-voltage devices from trained maintenance technicians are regularly checked for their safety.
Bei der Zertrümmerung von Konkrementen mittels elektrisch erzeugter Schockwellen können Änderungen der Schockwellenenergie nur in geringen Grenzen oder nur mit erheblichem apparativen aufwand durch Anderung des Abstands der Unterwasserelektroden ermöglicht 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.When crushing concrements by means of electrically generated Shock waves can change the shock wave energy only within small limits or only with considerable equipment expenditure by changing the distance between the underwater electrodes be made possible. As a rule, the distance between the electrodes must be used to generate high-intensity shock waves amount to a few mm, creating the shock wave source no longer has point-like geometry and imaging errors when focusing develop can.
Ferner nutzen sich die Unterwasserelektroden stark ab, so daß die Lelzensdauer begrenzt ist und auch aus diesem Grund eine regelmäßige Wartung der verwendeten Einrichtungen erforderlich ist. Furthermore, the underwater electrodes wear out a lot, so that the The lifespan is limited and for this reason regular maintenance of the facilities used is required.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Linrichtung zum Zertrümmern von im Körper eines Lebewesens befindlichen Nonkrementen n'ittels in einer Fokussierungskammer erzeugter Schockwellen zu schaften, wobei in Nähe des Lebewesens keine hohen strom- und spannungführenden Bauteile vorhanden sind und eine unkomplizierte Regelung der Schockwellenenergie möglich ist. The invention is based on the object of a line for smashing of noncrements located in the body of a living being by means of a focusing chamber generated shock waves, whereby in the vicinity of the living being no high current and live components are available and an uncomplicated control of the Shock wave energy is possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen außerhalb der Fokussierungskammer befindlichen Riesenimpulslaser, dessen ausgesendeter Impuls strahl mit hilfe eines Linsensystems aufgeweitet wirbel und durch ein in der Wand der Fokussierungskammer befindliches Linsensystem, das den aufgeweiteten Laserim puls strahl im Brennpunkt der rotationselliptischen Fokus -sierungskammer vereinigt. This object is achieved according to the invention by an outside of the Giant pulse laser located in the focussing chamber, its emitted pulse Beam widened with the help of a lens system and vortex through one in the wall The lens system located in the focusing chamber that uses the expanded laser in the pulse beam combined at the focal point of the rotational elliptical focusing chamber.
Es ist zwar bekannt, daß mit Hilfe intensiver Laserstrahlen, welche in Flüssigkeiten eingeleitet werden, Schockwellen erzeugbar sind ( Xppl. Phys. Lett. It is known that with the help of intense laser beams, which are introduced into liquids, shock waves can be generated (Xppl. Phys. Lett.
15. Jan. 1967, Seiten 46 bis 48). Die Dauer des Laserimpulses liegt dabei zwischen 10 und 50 nsec und die benötigten Energien sind etwa 0, 1 bis 10 J. Jan 15, 1967, pages 46 to 48). The duration of the laser pulse is between 10 and 50 nsec and the required energies are around 0.1 to 10 J.
Eine praktische Anwendung außerhalb der Grundlagenforschung der so erzeugten Schockwellen ist nicht angegeben. A practical application outside of the basic research of the sun generated shock waves is not specified.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der IXrfindung ist itlì StraI lengang 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 der Teilstrahlen in <.ie Fokussierungskammer ermöglichen, in der sie im Brennpunkt der Fokussierungskammer fokussiert und sich kreuzend vereinigt werden. In a further advantageous embodiment of the invention is itlì beam path of the pulse laser provided a beam splitter that divides it into two or several partial beams split and are in the wall of the focusing chamber two or more radiation-permeable windows with focusing lens systems arranged, which allow penetration of the partial beams into the focusing chamber, in which they are focused in the focal point of the focusing chamber and united in a criss-cross fashion will.
Erfindungsgemäß ist es weiter vorteilhaft, wenn sich im Brennpunkt der Fokussierungskammer ein lichtabsorbierendes Medium (z. B. Farbstoffe, Suspensionen) oder geeignete Vorrichtungen wie Folien, Stise oder Drähte befinden. Ilierbei kommt es zu einer hohen Aufheizung und Plasmabildung im Bereich des Brennpunkts der Fokussierungskammer und zur Ausbildung einer Schockwelle.According to the invention, it is also advantageous if the focus a light-absorbing medium (e.g. dyes, suspensions) in the focusing chamber or suitable devices such as foils, stises or wires. Ilierbei comes there is a high level of heating and plasma formation in the area of the focal point of the focusing chamber and to create a shock wave.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung werden Fenster- und l,insensysteme 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.In an advantageous development of the invention, window and liner systems are used in the focusing chamber, which are touched by the propagating shock wave can be designed either from a material with high tensile strength exist or are attached to the housing in a damping manner. The shock wave should be as possible pass through the lens system and is then destroyed or behind the lens system but reflected from the lens system.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend beschrieben sind.Further advantages, features and possible uses of the invention result from the figures, which are described below.
Es zeigen: Fig. 1 zeigt die prinzipielle Darstellung der Einkopplung des Impulslaserstrahls eines Riesenimpulslasers in eine Fokussierungskammer und Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Linsensystems, das die Wandung eines Koppelgeräts durchbricht.They show: FIG. 1 shows the basic representation of the coupling the pulsed laser beam of a giant pulsed laser into a focusing chamber and FIG. 2 shows an enlarged illustration of a lens system that covers the wall of a coupling device breaks through.
In Fig. 1 wird beispielsweise mittels eines Rubinlasers 2 ein Impulslaserstrahl 4 erzeugt und auf eine Kreisfläche von ca. 10 bis 20 mm aufgeweitet.In FIG. 1, a pulsed laser beam is generated by means of a ruby laser 2, for example 4 generated and expanded to a circular area of approx. 10 to 20 mm.
Dieser Laserstrahl 4 trifft auf eine Fokussierungskammer 6, die einen Teil eines Rotationsellipsoids darstellt und mit einer Flüssigkeit, wie z. B. Wasser 8, gefüllt ist. Der eine Brennpunkt des Rotationsellipsoids 6 ist mit f1 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 ge genuber der Fokussierungskammer 6 positioniert, daß das Konkrement 12 sich im zweiten Brennpunkt f2 befindet, Der Patient sitzt dabei beispielsweise in einer nicht gezeigten Wanne, so daß die Flüssigkeit 8 die Oberfläche 16 des Körpers 10 ständig berührt und auch den Hohlraum der Fokussierungskammer ausfüllt.This laser beam 4 hits a focusing chamber 6, the one Is part of an ellipsoid of revolution and with a liquid, such as. B. water 8, is filled. One focal point of the ellipsoid of revolution 6 is denoted by f1, the other focal point of this ellipsoid is in the body 10 of a living being exactly at the point where a calculus 12 is present. The patient is means a device not shown so positioned compared to the focusing chamber 6, that the concrement 12 is in the second focal point f2, The The patient sits, for example, in a tub, not shown, so that the liquid 8 constantly touches the surface 16 of the body 10 and also the cavity of the focusing chamber fills out.
Im Bereich des Impulslaserstrahls 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 Fokussierungslinse, die an ihren Rändern in einer Dämpfungseinrichtung 24 schwingungsfrei gelagert ist. Diese Linse fokussiert den aufgeweiteten Laserimpulsstrahl 4 auf den Brennpunkt fl, 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 ~2, wo sie einen Nierenstein 12 in kleine, abgangsfähige Bruchstücke zertrümmern.In the area of the pulsed laser beam 4 there is a wall 18 of the focusing chamber 6 pierced by a bore 20 in which a lens 22 or a lens system is attached. Lens 22 is a focusing lens that is attached to its edges in a Damping device 24 is mounted vibration-free. This lens focuses the expanded laser pulse beam 4 on the focal point fl, so that in this focal point there is a very high energy density that triggers a shock wave of a known type. The shock waves now run in a straight line or on the inner wall 26 of the focusing chamber 6 reflects to the focal point ~ 2, where it turns a kidney stone 12 into small, disposable Smash fragments.
Als Werkstoff für die Sammellinse 22 wird vorzugsweise ein Material verwendet, dessen akustische Impedanz viel größer sein soll als die der Koppelflüssigkeit 8. Wenn Wasser als Koppelflüssigkeit verwendet wird, dann kann die Sammellinse 22(oder Linsensystem) beispielsweise aus Glas hergestellt sein. Die Dicke der Sammellinse 22 soll größer sein als die mittlere Wellenlänge des Schockwellenimpulses. In diesem Fall wird der größte Teil der Schockwellenenergie 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 Abplatz effekt wird bei entsprechender Wahl der akustischen Impedanzverhaltnisse vermieden. Die Druckbelastung der Sammellinse wird durch die schwingungsfreie Lagerung im Dämpfungsring 24, der beispielsweise aus Polyurethan bestehen kann, aufgefangen. Die Sammellinse 22 kann direkt als ECintrittsfenster verwendet werden Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung des Linsensystems ist in Fig. 2 gezeigt, wobei die Fokussierungskamrner mittels eines Fensters 38 verßchlo8-sen ist und eine Sammellinse 30 (oder Linsensystem) vorhanden ist, die akustisch an die Koppelflüssigkeit angepaßt ist. Sanimellinse 30 befindet sich in einem Dämpfungsring 32, der durch einen Klemmring 34 in einer Nut der Bohrung 20 gehalten ist. Bohrung 20 verjüngt sich in Richtung auf Brennpunkt ~1J ohne daß der Strahlengang behindert wird. Hinter der Sammellinse 30 in Richtung auf Wandung 1 8 ist die Bohrung 20 zylinderförmig und mit einem Dämmstoff 36 aufgekleidet, der über Klemmring 34 eine Dämpfung der Sanimellinse 30 bewirkt. Auf der Seite des Riesenimpulslasers 2 ist die Bohrung 22 mittels eines planparallelen Fensters 38 abgeschlossen, welches durch einen Befestigungsring 40 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 Koppelilüssigkeit aus Wasser besteht. Die Schockwelle durchdringt dann die Sammellinse 30, ohne sie zu zerstören. Im dämpfenden Einsatz 36 wird ein großer Teil der Schockwellenenergie vern Xhtet, so daß das Fenster 38 nicht zerstört werden kann. Das planparallele Fenster 38 hat eine Dicke, welche größer ist als die mittlere Wellenlänge der Schockwelle uns~ auch eine größere akustisehe Impedanz als die Koppelflüssigkeit, so daß der Teil der Schockwelle, der noch nicht absorbiert wurde, als Druckwelle reflektiert wird. Das Eintrittsfenster 38 wird durch den Dämpfungsring 40 schwingungsfrei gelagert.A material is preferably used as the material for the converging lens 22 used, whose acoustic impedance should be much greater than that of the coupling fluid 8. If water is used as the coupling liquid, then the converging lens 22 (or Lens system) can be made of glass, for example. The thickness of the converging lens 22 should be greater than the mean wavelength of the shock wave pulse. In this Most of the shock wave energy falls on that of the coupling liquid 8 adjacent surface is reflected as a pressure wave. Only a small part penetrates into it Converging lens and is reflected on the opposite surface as a tensile wave. Destruction of the converging lens due to the flaking effect known from the literature is avoided with an appropriate choice of acoustic impedance conditions. the Pressure load on the converging lens is due to the vibration-free mounting in the damping ring 24, which can for example consist of polyurethane, collected. The collecting lens 22 can be used directly as an e-entry window. Another advantageous one The configuration of the lens system is shown in FIG. 2, the focusing chamber locked by means of a window 38 is and a converging lens 30 (or lens system) is present, which acoustically adapted to the coupling liquid is. Sanimell lens 30 is located in a damping ring 32, which is secured by a clamping ring 34 is held in a groove in the bore 20. Bore 20 tapers in the direction on focal point ~ 1J without the beam path being obstructed. Behind the converging lens 30 in the direction of wall 1 8, the bore 20 is cylindrical and with an insulating material 36, which causes damping of the Sanimell lens 30 via clamping ring 34. On the side of the giant pulse laser 2, the bore 22 is by means of a plane-parallel Window 38 closed, which is held by a fastening ring 40. On both sides of the converging lens 30 is the one for the shock wave transmission necessary liquid. The converging lens 30 itself consists of a material which Has the same acoustic impedance as possible as the coupling liquid, for example made of plexiglass, if the coupling liquid consists of water. The shock wave penetrates then the converging lens 30 without destroying it. In the damping insert 36 is a large part of the shock wave energy is annihilated so that the window 38 is not destroyed can be. The plane-parallel window 38 has a thickness which is greater than the mean wavelength of the shock wave also has a greater acoustic impedance as the coupling fluid, so that the part of the shock wave that has not yet been absorbed as a pressure wave is reflected. The entry window 38 is through the damping ring 40 mounted vibration-free.
Bohrung und Linsensystem können auch so beschaffen sein, daß die Schockwellenenergie durch Reflektion vernichtet wird.The bore and lens system can also be designed in such a way that the shock wave energy is destroyed by reflection.
Eine Einrichtung zur vorteilhaften Umsetzung der Energie des Laserstrahls -in Schockwellenenergie im Brennpunkt f1 des Rotationsellipsoids 6 ist in Fig. 1 gezeigt. Hierzu wird ein Laserlicht absorbierendes Mittel - im Ausführungsbeispiel ein Stift 40 - mit seiner Spitze 42 genau auf Brelmpunkt f1 ausgerichtet. An Stelle des Stiftes kann auch ein kleines Röhrchen beim Brennpunkt f1 positioniert werden, aus dem eine das Laserlicht stark absorbierende Flüssigkeit genau beim Brennpunkt f1 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.A device for the advantageous conversion of the energy of the laser beam -in shock wave energy at the focal point f1 of the ellipsoid of revolution 6 is shown in FIG. 1 shown. For this purpose, a means that absorbs laser light is used - in the exemplary embodiment a pin 40 - with its tip 42 aligned exactly with Brelmpunkt f1. Instead of of the pen, a small tube can also be positioned at the focal point f1, from which a liquid that strongly absorbs the laser light is exactly at the focal point f1 is injected. For each Laser flash and thus for each individual A little liquid is ejected from the shock wave or the pen 40, which is shortened by burning, pushed in.
Die genaue Brennpunktslage der Spitze 42 des Stiftes 40 kann beispielsweise mittels eines feinen Lichtstrahls kontrolliert werden, der senkrecht zum Metallstift die rotationselliptische Fokussierungskammer im Brennpunkt fi durchquert.The exact focal position of the tip 42 of the pen 40 can, for example controlled by means of a fine beam of light perpendicular to the metal pin traverses the rotational elliptical focusing chamber at the focal point fi.
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