DE2710995A1 - Laseroptisches geraet fuer operationen unter einem mikroskop - Google Patents

Laseroptisches geraet fuer operationen unter einem mikroskop

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    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements

Description

Mikroskop.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Gerät, das für eine Laservorrichtung für Operationen verwendet wird.
Ein Laserschneidgerät für medizinische Verwendung konzentriert Laserstrahlen hoher Leistung, z.B. Strahlen von einem CO2-Laser, und durch Verwendung der dann erzeugten hohen Temperaturen verdampft oder verfestigt es eine Zusammensetzung, die aus Protein oder dergleichen zusammengesetzt ist, um die Operation zu bewirken. Da solch ein Laserschneidgerät für medizinische
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Zwecke verschiedene unten angegebene Vorteile besitzt, wird es jetzt in wachsendem Masse auf dem Gebiet der chirurgischen Behandlung verwendet.
(I^ Es besitzt blutstillende Wirkungen.
(2) Es kann Mikro-Chirurgie durchgeführt werden.
(3) Einflüsse auf andere Teile al, das zu beeinflussende Teil sind minimal.
(4) Es kann kontakt lose Chirurgie durchgeführt werden.
Im Hinblick auf weitere Vorteile, wie beispielsweise, dass der Durchmesser des konzentrierten Laserstrahles sehr klein ist und dass die Laserstrahlen durch das optische System in einen tiefen Teil in einem kontakt losen Zustand eingeführt werden können, bestand eine Nachfrage nach Laseroperationsgeraten für Mikro-Chirurgie, die sicher und leicht in der Handhabung sind, auf den Gebieten der Kopfnervenchirurgie, Otorhynoloaryngologie und Geburtshilfe, bei denen tiefgelegene Teile des Körpers operiert werden müssen.
Um diese Erfordernisse zu erfüllen sind vor kurzem einige Verfahren vorgeschlagen worden. Ein erstes Verfahren besteht darin, dass Laserstrahlen, die durch eine für infrarote Strahlen durchlässige Linse konzentriert worden sind, in den zu behandelnden Teil durch einen Planspiegel eingeführt werden, der vor einer Objektivlinse des Mikroskops befestigt ist, und der Zielpunkt des Laserstrahles durch Bewegen des gesamten Mikroskops nach oben und nach unten, rechts und links und vor und zurück einjustiert wird.
Ein zweites Verfahren besteht darin, dass Laserstrahlen, die durch eine für infrarote Strahlen durchlässige Linse konzentriert worden sind, zu dem zu behandelnden Teil durch einen Lichteinleit-45°-Reflektor eingeführt werden, der so ausgelegt ist, dass er . .iwach vor einer Objektivlinse des Mikroskops bewegt werden kann, und der Zielpunkt des Laser-
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Strahles wird durch Verändern eines Winkels des 45°-Reflektors einjustiert. Dieses Verfahren ist im einzelnen in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift (Japanese Patent Laid- Open) No. 8085/1974 mit der Bezeichnung "Stereoskopisches Laser-Endoskop" beschrieben.
Jedoch werden bei den oben beschriebenen zwei Verfahren die Laserstrahlen üblicherweise durch die Linsen konzentriert (fokussiert) und sind daher unvermeidbar von dem Nachteil begleitet, dass der konzentrierte Fleck ausserhalb des Brennpunktes liegt, was von eines geringen Transmissionsverlust der Laserstrah len und sphärischer Aberration herrührt. Auch das erste Verfahren, bei des das gesamte Mikroskop bewegt wird, wirft Probleme auf wie z.B., dass es schwierig ist, eine feine, leichte oder schwache Bewegung durchzuführen, wenn die Ope ration von Hand durchgeführt wird, und dass eine grosse Apparatur verwendet werden muss, wenn eine Operation hoher Leistung bzw. hoher Kraft durchgeführt werden muss. Trotz der Tatsache, dass Im zweiten Verfahren ein Hechanismus kompliziert wird, durch den der Winkel des 45°-Einleitreflektors, der vor der Objektivlinse angeordnet ist, verändert wird, ohne dass der Bereich des Sichtfeldes durch ein Okular beeinträchtigt wird, war es unmöglich, den 45°-Reflektor. seine Neigungsbewegung und horizontale Drehung in einer vOllig unabhängigen Weise durchführen zu lassen, wenn der Reflektor dort erschüttert oder geschüttelt wird. Das bedeutet, dass der Zielpunkt eines Laserfleckes nicht glatt auf die Zielstellung durch Betätigung eines einzigen Hebels (eines Bedienungshebels) eingestellt werden kann. Beispiels weise entsteht hierbei das Problem, dass auch, wenn der Hebel seitlich bewegt wird, der Laserfleck sich nicht nur seitlich sondern auch in vertikaler Richtung bewegt.
Kb 1st daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein laseroptisches Gerät für Operationen unter einem Mikroskop χα schaffen, mit dem der Verlust an Laserstrahlung minimalisiert «erden kann, bei dem der konzentrierte Fleck nicht
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aus de· Brennpunkt kommt und das eine gute Hantierbarkeit oder Manövrierfähigkeit besitzt.
Diese Aufgabe wird gelöst und weitere Vorteile werden erreicht durch das laseroptische Gerät für Operationen unter eine· Mikroskop gemäss der vorliegenden Erfindung, das einen Laserstrahl-Einleit-4 5°-Reflektor, der zwischen zwei optischen Achsen so angeordnet ist, dass er den Sichtbereich vor eine· binokularen Teleskop für Operationen nicht behindert, einen Parabolspiegel mit einer gegen eine Achse versetzten Oberfläche zur Konzentration von eingeleiteten Laserstrahlen und der als eine Objektivlinse des Mikroskops dient, einen Planspiegel oder ebenen Reflektor, der durch Mot"· on angetrieben wird, um die konzentrierten Laserstrahlen und eine optische Achse des Mikroskops auszurichten, und einen Manövrier- oder Bewegungsmechanismus umfasst, der einen Hebel zur Betätigung der Motoren enthält.
Bei de· laseroptischen Gerät für Operationen unter einem Mikroskop nach der vorliegenden Erfindung werden die eingeführten Laserstrahlen durch den Parabolspiegel mit einer gegen eine Achse versetzten Oberfläche konzentriert und aus diese· Grunde kann der Verlust an Laserstrahlen minimalisiert werden und das aus dem Brennpunkt-fallen des konzentrierten Laserstrahles und die optische Achse des Mikroskops können ■ittela des Planspiegels in Richtung auf den Zielfleck ausgerichtet «erden, wobei der Planspiegel von den Motoren durch die Betätigung des Bedienungshebels angetrieben wird, und daher kann ein laseroptisches Gerät für Operationen unter eine· Mikroskop geschaffen werden, das eine hervorragende Manövrierfähigkeit besitzt, d.h. leicht und einfach bewegt werden kann.
I· folgenden wird die Erfindung durch AusftthrungsbeispieIe anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigt: '
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines laseroptischen Gerätes für Operationen unter einem Mikroskop nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine Seitenansicht des in Figur 1 gezeigten Gerätes in Schnitt;
Figur 3 eine Draufsicht auf das in Figur 1 gezeigte Gerät im Schnitt und
Figur 4 eine Schaltungsanordnung, die eine Λusführungsform einer Servosteuerung für die Bewegung eines Planspiegels zeigt, der in dem in Figur 1 gezeigten Gerät verwendet wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform eines laseroptischen Gerätes für Operationen unter einem Mikroskop gemass der vorliegenden Erfindung zeigt; Figur 2 1st eine Seitenansicht derselben im Schnitt und Figur 3 ist eine Draufsicht derselben ebenfalls im Schnitt. Laserstrahlen 10, die von einem (nicht dargestellten) Lasergenerator erzeugt werden, treten durch ein Laserstrahl-Eintrittsteil 12 in ein Gehäuse 14 ein und werden von einem 45°-Reflektor 16 reflektiert und dann durch einen Parabolspiegel 18 mit einer von einer Achse versetzten Oberfläche konzentriert, und die Strahlen werden dann durch einen Planspiegel 20 nach aussen reflektiert, so dass sie auf den zu beeinflussenden Teil P' fallen. Sichtbare Lichtstrahlen 22 von dem zu beeinflussenden Teil P* werden durch den Planspiegel 20 reflektiert und durch den Parabolspiegel 18 in parallele Lichtstrahlen umgewandelt, und die Lichtstrahlen treten durch die gegenüberliegenden Seiten des 45°-Reflektors 16 in ein die Vergrösserung veränderndes optisches
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System 24 ein. In einem Prismensyatem 20 wird ein umgekehrtes Bild in ein aufgerichtetes Bild umgewandelt, und der zu beeinflussende Teiι wird durch ein Okular 28 beobachtet. Das die Vergrösserung verändernde optische System 24 dient zur Veränderung der Vergrösserung des Mikroskops, während ein Arbeitsabstand konstant gehalten wird.
Der Parabolspiegel 18 mit einer von einer Achse versetzten Oberfläche ist ein Spiegel, dessen reflektierende Oberfläche eine Teiloberfläche ist, die gegen die Hauptachse (Y- ^chse) der parabolischen Oberfläche verschoben ist, wobei die parabolische Oberfläche gebildet wird, wenn eine Parabel bei Annahme eines Ursprungspunktes O mit einem Brennpunkt bei P in der X-Y-Ebene in Figur 2 um die Y-Achse rotieren gelassen wird.
Solch ein Parabolspiegel ist bereits für ein astronomisches Fernrohr oder dergleichen verwendet worden und ist leicht erhältlich. Der Parabolspiegel 18 reflektiert Lichtstrahlen, die parallel zu der Hauptachse einfallen, und konzentriert sie im Brennpunkt ohne Aberration. Da die Reflektionsgesetze unabhängig von der Wellenlänge des Lichtes gelten, entsteht weder bezüglich der C0o-Laserstrahlen mit einer Wellenlänge von 10,β μ noch für die sichtbaren Lichtstrahlen für die Beobachtung Aberration.
Eine Kondensorlinse, die in einem optischen System verwendet wird, das eine exakte Übereinstimmung der Brennpunktslage des optischen Beobachtungssystems mit der Brennpunkt lage der COg-Laserstrahlen wie in der vorliegenden Apparatur erfordert, muss eine genaue Brennweite haben, wie es im Bauplan angegeben ist. Da jedoch herkömmliche Apparaturen zum Messen der Brennweite mittels sichtbaren Lichtes nicht für Infrarote Strahlen mit 10,6 μ verwendet werden können, ist es unmöglich, die Brennweite im Stadium des Polierverfahrensschrittes zu verifizieren und zu korrigieren. Es war daher notwendig, mehrere verschiedene Linsen herzustel-
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len, um eine auszuwählen, die den Angaben für den Verbraucher am nächsten kam, oder einen komplizierten Fokussteuerungsmechanismus für die Linsenfeinbewegung in die Appara-
ein tür einzubauen. Es wird bemerkt, dass/Parabolspiegel mit einer von der Achse verschobenen Oberfläche bevorzugt verwendet wird, um ein laseroptisches Gerät für Operationen unter einem Mikroskop zu schaffen, das sicher und einfach im Aufbau ist.
Strahlen von einem CO2-Laser, die von aussen Einfall n, bewegen sich parallel zu der Hauptachse mit Hilfe des 45°-Reflektors, der in der Mitte eines (binokularen) optischen Fernglassystems angeordnet und an einer Stelle befestigt ist, an der er nicht die sichtbaren Lichtstrahlen für Beobachtung ausschaltet oder ablenkt, wie es bereits beschrieben wurde, und die Laserstrahlen werden durch den Parabolspiegel 18 reflektiert und konzentriert und durch den Planspiegel 20 reflektiert und dann am Punkt P' konzentriert, der sich in Oberflächensymmetrie mit dem ursprünglichen Brennpunkt P befindet. Als Folge davon wird sich, sogar auch wenn der Planspiegel 20 geschüttelt wird, nur der Punkt P* bewegen, wohingegen der Brennpunkt P seine Lage nicht ändern wird. Daher fallen die Lichtstrahlen von dem sich bewegenden Punkt P' immer auf den Parabolspiegel 18, als wenn sie von dem festen Punkt P ausgehen. Wenn der Parabolspiegel 18 bewegt wird, um den Konzentrationspunkt P' der COg-Laser-Strahlen zu bewegen bzw. zu verlagern, wird die Bedingung, bei der die COg-Laser-Strahlen parallel zu der Hauptachse darauf auftreffen gelassen werden, nicht mehr erfüllt und eine Aberration im Brennpunkt des Laserstrahles und des beobachteten Bildes erfolgt. In dem laseroptischen Gerät für Operationen unter einem Mikroskop gemäss der vorliegenden Erfindung ist der Aufbau der Art, dass der Parabolspiegel 18 mit einer gegen eine Achse verschobenen Oberfläche fest ist, jedoch der Planspiegel 20 beweglich ist, wodurch die oben angegebenen Nachteile ausgeschaltet werden können.
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Gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Planspiegel 20 auf einer drehbaren Welle eines Servomotors 32 angebracht, der auf einem vertikalen Teil eines L-förmigen Trägerbett . 44 befestigt ist, das ein horizontales Teil besitzt, das an einer drehbaren Welle eines Servomotor^ 30 befestigt ist. Ein Schalthebel 34, mit dem Signale zu den Servomotoren gesteuert werden, kann betätigt werden, um den ebenen Reflektor oder Planspiegel 20 mittels des Servomotors 30 um die senkrechte Achse und mittels des Servomotors 32 um die horizontale Achse zu drehen.
Figur 4 ist ein Schaltbild, das eine Ausführungsform einer Servosteuerung zeigt, die bei dem laseroptischen Gerät für Operationen unter einem Mikroskop verwendet wird, um die Lagesteuerung des Planspiegels durchzufuhren. In einem Hebe lmechanismus 60 sind Leitplatten 62 und 64, die aus Metallplatten hergestellt sind, von denen jede mit einem durchgehenden länglichen rechteckigen Loch oder Öffnung versehen ist und wobei die Metallplatten in eine halbkreisförmige Konfiguration gebogen sind, in rechten Winkeln zueinander gekreuzt und ein Ende der Leitplatten ist drehbar an einem Gehäuse 66 befestigt, während das andere Ende jeweils auf der Welle eines Potentiometers 50 bzw. 52 angebracht ist. Ein Hebel 34 ist in ein Loch am Schnittpunkt zwischen den Leitplatten 62 und 64 eingefügt und sein unteres Ende ist in einem Kugelgelenk, Kreuzgelenk oder dergleichen (englisch: in universal-joint fashion) befestigt, so dass sein oberes Ende frei mit der Hand bewegt werden kann.
Wenn sich der Hebel 34 in der Mittelstellung befindet, werden in Brückenkreisen 36 und 38 Widerstandswerte von Widerständen Rl bis R8 so eingestellt, dass Spannungen zwischen a und b und zwischen e und f jeweils Null (0) sind. Das heisst, dass die Gleichungen Rl χ R2 = R3 χ R4 und R5 χ R6
34
= R7 χ R8 gelten. Wenn der Hebel/aus der Mittelstellung in Richtung A verschoben wird, nimmt der Widerstand R3 in dem Potentiometer 52 ab und bringt die Brücke 38 aus dem Gleich-
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gewicht, um ein negatives Potential am Punkt e zu bilden. Dieses negative Potential wird einem Verstärker 40 zugeführt, in dem es verstärkt wird, und dann dem Servomotor 30 zugeführt · Wenn eine negative Spannung an den Servomotor 30 gelegt wird, dreht sich der Servomotor 30 rechts herum und seine Drehung wird in der Umdrehungszahl durch einen vorhandenen Getriebemechanismus herabgesetzt, um das L-förmige Trägerbett 44 schwach zu drehen. Als Folge davon wird der Planspiegel 20 leicht in Verbindung mit dem auf dem L-förmigen Trägerbett 44 gehalterten Servomotor gedreht. Ein mit der Drehwelle des Servomotors 30 verbundenes Potentiometer 46 erhöht allmählich den Widerstand R4, wenn der Motor läuft, und wenn die Gleichung Rl χ R2 = R3 χ R4 wieder erfüllt wird, nimmt die Spannung zwischen e und f den Wert O an, um den Servomotor 30 anzuhalten.
Im Gegensatz dazu steigt der Widerstand R3 an, wenn der Hebel 34 in die Richtung A* verschoben wird, um eine positive Spannung am Punkt e zu erzeugen, und als Folge davon läuft der Servomotor 30 links herum. Dann nimmt der Widerstand R4 des Potentiometers 46 ab, um die Brückenschaltung 38 ins Gleichgewicht zu bringen, und zu dieser Zeit hält der Servomotor 30 an.
Wenn der Hebel 34 von der Mittelstellung in der Richtung B oder B* verschoben wird, ändert der Widerstand R7 des Potentiometers 50 seinen Wert und der Servomotor 30 bewirkt, dass der Planspiegel 20 leicht um die Achse ζ nach rechts oder links gedreht wird. Wenn der Hebel 34 in eine andere Richtung als die Richtung A-A* und B-B* verschoben wird, laufen die Potentiometer 50 und 52 gleichzeitig und der
—Ute Planspiegel 20 erhält eine kombinie/Bewegung durch zwei leichte Drehungen um die Achsen χ und z. Da die Wackelbewegung eines einzigen Hebels 34 und die Wackel-bewegung des Planspiegels 20 in dem Verhältnis von 1:1 stehen, kann die Bedienungsperson auf diese Weise leicht das Gerät bedienen. Mit anderen Worten, durch Verwendung von solch einem
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elektrischen Verfahren, wie es oben beschrieben wurde, ist es nicht nur möglich das Gerät fernzusteuern sondern auch eine lineare Korrespondenz, wie im vorstehenden beschrieben, zwischen dem Schaltwinkel des Hebels und dem Bewegungswinkel des Planspiegels einzurichten. Es soll ferner bemerkt werden, dass bei der Steuerung mittels des elektrischen Verfahrens die Empfindlichkeit des Verstärkers durch einen Schalter umgeschaltet werden kann wodurch, auch wenn der Hebel stark verschoben ist, der Planspiegel nur um einen kleinen Betrag bewegt wird, um eine genaue, präzise Operation durchzuführen. Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, ist, da zwei Motoren durch einen einzigen Hebel (einen Arbeitshebel) angetrieben bzw. gesteuert werden, Operation nicht nur einführbar fach durch-/, sondern es ist auch möglich, ferngesteuerte Operation durch Dehnen eines Fadens durchzuführen. Aus diesem Grunde ergibt sich, dass in dem Falle, wenn der operierende Arzt die Operationsinstrumente oder dergleichen in seinen Händen hält, sein Assistent den Zielpunkt eines Laserfleckes auf die Targetstellung einjustieren kann, wie er durch den operierenden Arzt instruiert wird, während er an einer Stelle steht, die von dem operierenden Arzt entfernt ist und einen Fernseher beobachtet, wobei er sich in einer Stellung befindet, an der keine Desinfektion erforderlich ist. Darüber hinaus wird bei der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Bewegen des Planspiegels verwendet, um gleichzeitig Lichtstrahlen für die Beobachtung und Laserstrahlen zu reflektieren und dementsprechend werden sich der Sichtbereich und der Laserfleck gleichzeitig bewegen und zwischen ihnen tritt keine Verschiebung ein. Es soll bemerkt werden, dass eine Glasplatte, auf der ein Kreis mit der gleichen Grosse wie die des Laserfleckes um einen Punkt von gekreuzten Linien aufgezeichnet ist, in das Okularsystera eingefügt werden kann, um dadurch klar die Stellung und die Grosse des Laserfleckes anzuzeigen, wodurch die Notwendigkeit ausgeschaltet wird, ein Leitlicht vorzusehen, wie es bisher erforderlich war.
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Claims (3)

  1. Patentansprüche
    I 1.
  2. 2.
    Laseroptisches Gerät für Operationen unter einem Mikroskop ,dadurch gekennzeichnet, dass es einen 45°-Reflektor (16) zum Einführen des Laserstrahles, der zwischen zwei optischen Achsen so angeordnet ist, dass er nicht den Sichtbereich nach vorn eines binokularen Fernrohres für die Operation behindert, einen Parabolspiegel (IB) mit einer Oberfläche, die gegen eine Achse verschoben ist, zum Konzentrieren der eingeführten Laserstrahlen (10) und der als eine Objektivlinse für das Mikroskop dient, einen Planspiegel (2o), der die konzentrierten Laserstrahlen und eine optische Achse des Mikroskops ausrichtet, und einen Servomechanismus (30,32,34,...) zur Steuerung der Stellung dee Planspiegels (20) umfasst.
    Laseroptisches Gerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der Servomechanismus einen Hebelmechanismus (34) zum Steuern des Servomechanismusses enthält, um die Stellung des Planspiegels (20) zu steuern.
  3. 3. Laseroptisches Gerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der Servomecha nismus Brückenschaltungen (36, 38) zum Steuern der Stellung des Planspiegels (20) enthält.
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    ORIGINAL INSPECTED
    Laseroptisches Gerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der Servomechanismus ein L-förmiges Trägerbett (44) für drehbare Halterung des Planspiegels (20), einen ersten Motor (32), der auf dem vertikalen Schenkel des L-förmigen Trägerbettes (44) angebracht ist, zur Drehung des Planspiegels (20) um eine horizontale Achse und einen zweiten Motor (30) zur drehbaren Halterung des horizontalen Teiles des L-förmigen Trägerbettes (44) für die Drehung des L-förmigen Trägerbettes um eine vertikale Achse enthält.
    709839/08?n
DE2710995A 1976-03-15 1977-03-14 Laseroptisches Gerät für Operationen unter einem Mikroskop Expired DE2710995C2 (de)

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