DE4428773A1

DE4428773A1 - Laser otoscope for perforating ear drum membrane

Info

Publication number: DE4428773A1
Application number: DE4428773A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Prof Dr Mueller
Original assignee: LASER-MEDIZIN-ZENTRUM GGMBH BERLIN 12207 BERLIN DE; LASER MEDIZIN ZENTRUM GGMBH BE
Current assignee: Laser und Medizin Technologie GmbH
Priority date: 1994-08-13
Filing date: 1994-08-13
Publication date: 1996-02-15
Anticipated expiration: 2014-08-14
Also published as: DE4428773C2

Abstract

The laser otoscope uses laser radiation in the wavelength range between 1.4 and 11 microns, fed along a handgrip (1,1.1) for deflection through 90 degrees by a wavelength selective beam splitter (3,3.2), simultaneously supplied with visible light for visual examination of the operation field. Pref. the handgrip contains a light source (2) for illuminating the operating field and is double walled to allow suction to be applied for removing the smoke resulting from the application of the laser. The end piece (2.2) fitted into the ear is pref. interchangeable to match different ear sizes.

Description

Task

Bei einer Reihe von Erkrankungen des Mittelohres ist es medizinisch notwendig, das Trommelfell zu eröffnen und die Öffnung, gegebenenfalls auch über einen längeren Zeitraum zu erhalten, was derzeit in aller Regel durch Einführen kleiner Dränageröhrchen durchgeführt wird. Die mechanische Eröffnung des Trommelfells mittels eines Skalpells bedingt derzeit eine ausreichende Anästhesie die ser Region.It is with a number of diseases of the middle ear medically necessary to open the eardrum and the opening, if necessary also over a longer one To get what is currently going through Introducing small drainage tubes is performed. The mechanical opening of the eardrum using a Scalpel currently requires adequate anesthesia region.

Zur Vereinfachung dieses Verfahrens soll daher ein Gerät entwickelt werden, das es erlaubt, berührungsfrei und unter weitgehendem Verzicht auf eine Anästhesie die Eröffnung des Trommelfells durchzuführen. Gleichzeitig soll das zu entwickelnde Gerät möglichst einfach zu handhaben, wenig störanfällig und möglichst preiswert sein, und nach Mög lichkeit auch die intermediäre Applikation eines Dränage röhrchens erübrigen.To simplify this procedure, a device is therefore intended be developed that allows contact-free and under largely waiving anesthesia the opening the eardrum. At the same time, that's supposed to developing device as easy to use as possible, little be prone to failure and as inexpensive as possible, and according to Mög also the intermediate application of a drainage spare tubes.

State of the art

Die derzeitige klinische Routine wird mit mechanischen Instrumenten durchgeführt, wobei indikationsbedingt so wohl im wesentlichen sichelförmige Einschnitte (Paracentese) wie auch Teilexzisionen (Myringotomie) des Trommelfelles durchgeführt werden. Parallel dazu wird seit einigen Jahren an wenige Kliniken auch mit Hilfe eines Operationsmikroskops und daran angekoppelten CO₂- Laser mit Mikromanipulator über einen Ohrtrichter diese Operationstechnik mit einem fokussierten CO₂-Laser durchgeführt, wobei sich herausgestellt hat, daß der CO₂- Laser für diese Art Chirurgie durchaus geeignet ist, aller dings ist der Aufwand eines großen Operationsmikroskops mit Mikromanipulator unverhältnismäßig hoch und hat sich für diesen kleinen Eingriff nicht durchgesetzt.The current clinical routine is mechanical Instruments carried out, with indications so probably essentially sickle-shaped incisions (Paracentesis) as well as partial excisions (myringotomy) of the Eardrum can be performed. In parallel, since a few years to a few clinics with the help of a Surgical microscope and coupled CO₂- Laser with micromanipulator over an ear speculum Surgical technique with a focused CO₂ laser carried out, it has been found that the CO₂- Laser is quite suitable for this type of surgery, of all However, it is the effort of a large surgical microscope with micromanipulator disproportionately high and has not enforced for this small intervention.

Davon ausgehend ist in der US 5280378 vorgeschlagen worden, einen CO₂-Laser im Handstück eines Otoskopes anzubringen und wiederum über einen im Otoskoptrichter angebrachten Mikromanipulator bzw% motorisch gesteuer ten Scanner die Eröffnung durchzuführen. Weiterhin ist in der US 4913132 ebenfalls ein handgehaltener CO₂-Laser an einem Otoskoptrichter beschrieben worden, der zusätzlich zu dem in der US 5280378 beschriebenen Scan-Technik die Möglichkeit einer Fokusvariation mittels einer verstell baren Linse vorsieht. Beide vorgeschlagenen Lösungen ha ben jedoch einige entscheidende Nachteile: zum einen tre ten durch den Mikromanipulator bzw. die Strahlumlenkung sowie durch die vorgesehenen Beleuchtungseinrichtungen erhebliche Vignettierungen des Beobachtungsstrah lenganges für den Arzt auf, was die medizinische Sicherheit des Eingriffes beeinträchtigt. Zum anderen ist es derzeit auch technisch nicht möglich einen 5-10 W CO₂-Laser so klein zu bauen, daß er im Handstück angeordnet werden kann.Based on this, it is proposed in US 5280378 been a CO₂ laser in the handpiece of an otoscope to attach and again via one in the otoscope funnel attached micromanipulator or% motorized to open the scanner. Furthermore, in the US 4913132 also a hand-held CO₂ laser an otoscope funnel has been described, the additional to the scanning technique described in US 5280378 the possibility of a focus variation using an adjustable lens. Both proposed solutions ha However, there are some decisive disadvantages: through the micromanipulator or the beam deflection as well as by the lighting equipment provided considerable vignetting of the observation beam lenganges for the doctor on what medical security of the intervention. Second, it is currently technically not possible a 5-10 W CO₂ laser build small that it can be arranged in the handpiece can.

Solution according to the invention

Eine genaue Analyse des ärztlichen Vorgehens bei der Eröffnung des Trommelfells hat überraschenderweise ge zeigt, daß auf eine zusätzliche Strahlmanipulation in einem Laserotoskop verzichtet werden kann, da der Arzt auch mit einem starr in der optischen Achse des Otoskops ju stierten Laserstrahl hinreichend gut und sicher durch ma nuelle Bewegungen des Otoskoptrichters den Eingriff durchführen kann. Diese Erkenntnis führt in der erfin dungsgemäßen Lösung dazu, daß der infrarote Laserstrahl mit einem einzigen Umlenkspiegel in die Achse des Oto skops geführt werden kann. Um die Nachteile früherer Lö sungsansätze im Hinblick auf eine Vignettierung des Strahlengangs durch diesen Umlenkspiegel zu vermeiden, wird erfindungsgemäß ein wellenlängenselektiver Strahl teiler eingesetzt, der die Eigenschaft hat, infrarotes Laser licht bei einer Anordnung des Strahleilers im wesentlichen unter 45° umzulenken, gleichzeitig aber in ortogonaler Blickrichtung für sichtbares Licht transparent zu sein. Eine derartige dielektrische Verspiegelung kann beispielsweise nach dem Stand der Technik aus Indium-Zinn-Oxyd beste hen. Eine Beleuchtung des Operationsfeldes, das etwa 5 - 10 mm vom Ende des Otoskoptrichters entfernt liegt, wird durch eine ebenfalls im Handgriff des Otoskops unterge brachte Lampe herbeigeführt, die über ein kleines, total re flektierendes Umlenkprisma ihre Strahlung in den innen verspiegelten Trichter des Otoskops einkoppelt. Dabei wird ausgenutzt, daß durch die konische Bauform des Otoskoptrichters eine gleichmäßige Ausleuchtung des Operationsfeldes erfolgt. Dadurch wird es möglich, das Prisma so klein zu halten, daß es den Beobachtungsstrah lengang des Arztes nicht vignettiert.A precise analysis of the medical procedure at the Opening of the eardrum has surprisingly ge shows that an additional beam manipulation in one Laser otoscope can be dispensed with, since the doctor too with a rigid in the optical axis of the otoscope ju laser beam is sufficiently good and safe due to ma natural movements of the otoscope funnel the intervention can perform. This knowledge leads to inventions Solution according to the invention that the infrared laser beam with a single deflecting mirror in the axis of the Oto skops can be performed. To the disadvantages of previous Lö approaches to vignetting the To avoid the beam path through this deflecting mirror, is a wavelength-selective beam according to the invention divider used, which has the property of infrared laser light with an arrangement of the beam line essentially redirect at 45 °, but at the same time in orthogonal Viewing direction to be transparent to visible light. A such dielectric mirroring can, for example best according to the state of the art from indium tin oxide hen. Illumination of the operating field, which is about 5 - 10 mm from the end of the otoscope funnel by a also in the handle of the otoscope brought lamp that brought about a small, totally re flexing deflection prism their radiation inside couples the mirrored funnel of the otoscope. Here is exploited that the conical shape of the Otoscope funnel ensures uniform illumination of the Operation field takes place. This will make it possible Keep prism so small that it is the observation beam the doctor's vein is not vignetted.

Das erfindungsgemäße Otoskop zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß der Otoskoptrichter doppelwandig aus gelegt ist, so daß am distalen Ende ein Ringspalt entsteht, der mit einer Absaugvorrichtung am Otoskop verbunden ist und dazu dient, die bei der laserchirurgischen Maßnahme entstehenden Dämpfe unmittelbar abzusaugen und dadurch verhindert, daß das Gesichtsfeld des Arztes getrübt wird. The otoscope according to the invention continues to stand out characterized in that the otoscope funnel is double-walled is placed so that an annular gap is formed at the distal end, which is connected to a suction device on the otoscope and that serves in the laser surgical measure evacuating vapors immediately and thereby prevents the doctor's field of vision from becoming cloudy.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist dieses Laser otoskop als zusätzliches Handstück für im Markt befindli che CO₂-Laser mit Spiegelgelenkarm ausgelegt, wobei zu sätzlich zwischen dem Otoskop-Handstück und dem dista len Ende des Spiegelgelenkarmes eine Zwischenoptik be stehend aus einem verstellbaren Teleskop angebracht ist. Dabei dient das Teleskop zur Verstellung der Lage des Brennpunktes vor dem Ende des Otoskoptrichters und des Durchmessers des Brennfleckes, da sich gezeigt hat, daß der chirurgische Eingriff der Eröffnung des Trommelfelles besonders vorteilhaft dergestalt durchgeführt werden kann, daß zunächst ein etwas größerer Durchmesser thermisch nekrotisiert wird, und erst in einem zweiten Schritt bei Re duktion des Strahldurchmessers die eigentliche Eröffnung erfolgt. Dabei sollte die vorbestrahlte Fläche einen um etwa 30% größeren Durchmesser als das nach Indikation zu erstellende Loch besitzt. Typischerweise sind für die Eröff nung Löcher mit ca. 1 bis 1,5 mm Durchmesser wün schenswert, was zur Folge hat, daß die Vorbestrahlung ei nen Durchmesser von 1,5 bis 2 mm ermöglichen muß. Die notwendigen Laserleistungsdaten ergeben sich daraus zu etwa 5 W für die eigentliche Eröffnung und ca. 10 bis 12 W für die Vorbestrahlung einer größeren Fläche. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, je nach Grad der thermi schen Vornekrotisierung den Zeitraum bis zur Heilung und damit zum Verschluß des Loches wählen zu können.In a preferred embodiment, this is laser otoscope as an additional handpiece for items on the market che designed CO₂ laser with articulated arm, where too additionally between the otoscope handpiece and the dista len end of the mirror joint arm be an intermediate optics standing from an adjustable telescope. The telescope is used to adjust the position of the Focus before the end of the otoscope funnel and Diameter of the focal spot, since it has been shown that the surgical intervention of the opening of the eardrum can be carried out particularly advantageously in such a way that initially a slightly larger diameter thermally is necrotized, and only in a second step at Re beam opening the actual opening he follows. The pre-irradiated area should be around 30% larger diameter than that according to the indication creating hole. Typically for the opening holes with a diameter of approx. 1 to 1.5 mm worthwhile, which has the consequence that the pre-radiation ei must allow a diameter of 1.5 to 2 mm. The necessary laser power data result from this about 5 W for the actual opening and about 10 to 12 W for pre-irradiation of a larger area. These The procedure allows, depending on the degree of thermi prior necrotization the period until healing and to be able to choose to close the hole.

Neben der Anwendung des bevorzugten Ausführungsbei spieles als Handstück für einen marktgängigen CO₂-Laser mit Spiegelgelenkarm mit Emissionswellenlängen zwischen 9,1 und 10,9 µm kann dieses Handstück jedoch auch bei entsprechender wellenlängenangepaßten Auslegung der optischen Elemente mit Laserstrahlung anderer Wellen länge, insbesondere beispielsweise Erbium: YAG-Lasern oder CO-Lasern, aber auch Erbium-Glas-Lasern vorteilhaft verwendet werden.In addition to using the preferred embodiment as a handpiece for a marketable CO₂ laser with mirror articulated arm with emission wavelengths between 9.1 and 10.9 µm, this handpiece can also be used with corresponding wavelength-adapted design of the optical elements with laser radiation of other waves length, in particular for example erbium: YAG lasers or CO lasers, but also erbium glass lasers be used.

In Weiterführung des Erfindungsgedankens kann das Kopplungsstück zwischen dem Otoskop-Handstück und dem Spiegelgelenkarm eines Infrarotlasers noch zusätzlich mit einer speziellen optischen Komponente in Form eines sogenannten Axikons, das um eine Achse drehbar gelagert ist, versehen werden. Dabei ist das Axikon monolithisch ausgeführt, so daß je nach Position im Strahlengang ent weder ein Strahlprofil in der Form eines Hohlzylinders, wie für ein Axikon typisch, entsteht oder bei ortogonaler Stel lung dieser optischen Komponente eine planparallele Platte in den Strahlengang geschwenkt wird, die etwa den glei chen optischen Weg wie bei Durchstrahlung des Axikons ausweist, so daß eine zusätzliche Verstellung der Fokus sieroptik auf Grund unterschiedlicher optischer Wege ent fällt. Der Vorteil der Umwandlung des regulären Strahl profils eines Lasers in ein hohlzylinderartiges Profil beruht darin, daß mit einem derartigen Hohlzylinder bei geeigneter Dimensionierung das gewünschte Loch wie mit einem Kreismesser ausgeschnitten werden kann und insgesamt weniger Laserleistung zur Eröffnung eines gleich großen Loches benötigt wird. Die notwendigen Laserleistungen reduzieren sich hierbei um etwa den Faktor 2 bis 3. Das heißt mit einer derartigen Anordnung ist es möglich, mit lediglich noch maximal 4 bis 5 W Laserleistung das ge wünschte chirurgische Ergebnis herbei zuführen.In continuation of the inventive concept, this can Coupling piece between the otoscope handpiece and the mirror articulated arm of an infrared laser additionally with a special optical component in the form of a so-called axicons, which rotates around an axis is provided. The axicon is monolithic executed so that depending on the position in the beam path ent neither a beam profile in the form of a hollow cylinder, like typical for an axicon, arises or with an orthogonal stel development of this optical component a plane-parallel plate is pivoted into the beam path, which is about the same Chen optical path as when radiating the axicon identifies, so that an additional adjustment of the focus optics due to different optical paths falls. The benefit of converting the regular beam Profiles of a laser based in a hollow cylindrical profile in that with such a hollow cylinder at a suitable Sizing the desired hole like with a Circular knife can be cut out and overall less laser power to open an equally large one Loches is needed. The necessary laser powers are reduced by a factor of 2 to 3 means with such an arrangement it is possible with only a maximum of 4 to 5 W laser power wanted to bring about surgical outcome.

Die bevorzugte Ausführungsform eines Laserotoskops ist in den beiliegenden Abb. 1 bis 3 näher beschrieben. Dabei zeigt Abb. 1 einen Querschnitt durch das Handstück des erfindungsgemäßen Laserotoskops, Abbil dung 2 das Kopplungsstück zwischen Laserotoskop- Handstück und Spiegelgelenkarm bzw. Laserstrahl-zufüh rendem Wellenleiter und Abb. 3 das um eine Achse schwenkbar anordenbare Axikon.The preferred embodiment of a laser otoscope is described in more detail in the attached FIGS. 1 to 3. Fig. 1 shows a cross section through the handpiece of the laser otoscope according to the invention, Figil 2 the coupling piece between the laser otoscope handpiece and mirror articulated arm or laser beam-feeding waveguide and Fig. 3 shows the axicon pivotable about an axis.

Fig. 1

Das Otoskop (1) beinhaltet eine Langbohrung (1.1) für den CO₂-Laserstrahl, eine zweite Langbohrung (1.2) zur Auf nahme der. Lichtquelle. Beide Langbohrungen münden in einer quer dazu führenden Durchgangsborung zur Auf nahme der Lichtquelle (2) sowie der Aufnahme (3) für das Okular (3.1) und den CO₂ Umlenkspiegel (3.2). Das Prisma (1.3) reflektiert das Licht der Lichtquelle in den in neren Ohrtrichter (2.2) und leuchtet somit gleichmäßig das Sichtfeld aus. Die Ohrtrichtereinheit (2) besteht aus einem äußeren Ohrtrichter (3.1) und einem inneren Ohrtrichter (3.2), so daß durch einen schmalen Luftspalt (2.3) die ent stehenden, flüchtigen Abbrandprodukte über eine Olive (2.4) abgesaugt werden können. Ferner ist die Ohrtrich tereinheit (2) vom Otoskop (1) trennbar, so daß die Trich tergeometrien variabel wählbar sind. Ein Anschlußstück (4) verbindet das Otoskop (1) mit der Vario-Optik (5), mit deren Hilfe der Fokus über ein Schiebestück (5.1) variiert werden kann. Die Vario-Optik (5) kann ein schwenkbares Axikon (6) enthalten, welches wahlweise das Profil des La serstrahls in einen Ring- oder Vollstrahl transformiert.The otoscope ( 1 ) contains a long bore ( 1.1 ) for the CO₂ laser beam, a second long bore ( 1.2 ) for receiving the. Light source. Both long bores open into a transverse through bore to accommodate the light source ( 2 ) and the receptacle ( 3 ) for the eyepiece ( 3.1 ) and the CO₂ deflecting mirror ( 3.2 ). The prism ( 1.3 ) reflects the light from the light source into the inner ear specula ( 2.2 ) and thus illuminates the field of view evenly. The ear funnel unit ( 2 ) consists of an outer ear funnel ( 3.1 ) and an inner ear funnel ( 3.2 ), so that the resulting volatile combustion products can be sucked off through an olive ( 2.4 ) through a narrow air gap ( 2.3 ). Furthermore, the Ohrtrich tereinheit ( 2 ) from the otoscope ( 1 ) is separable, so that the Trich tergeometrie are variably selectable. A connector ( 4 ) connects the otoscope ( 1 ) to the zoom lens ( 5 ), with the aid of which the focus can be varied using a sliding piece ( 5.1 ). The vario optics ( 5 ) can contain a swiveling axicon ( 6 ), which optionally transforms the profile of the laser beam into a ring or full beam.

Fig. 2

Die Vario-Optik (5) besteht aus zwei optischen Elementen (5.1, 5.2), welche als Teleskop angeordnet und bei der ein Element als Schiebestück (5.1) ausgelegt ist. Ferner bein haltet die Vario-Optik (5) ein schwenkbares Axikon (6) zur wahlweisen Transformierung des Strahlenbündels in Voll- oder Ringprofil. Die Vario-Optik (5) geht über in den Spiegelgelenkarm oder in einen flexiblen Wellenleiter des Lasers.The vario-optics ( 5 ) consists of two optical elements ( 5.1 , 5.2 ), which are arranged as a telescope and in which one element is designed as a sliding piece ( 5.1 ). The vario optics ( 5 ) also include a swiveling axicon ( 6 ) for the optional transformation of the beam into a full or ring profile. The vario optics ( 5 ) merge into the mirror articulated arm or into a flexible laser waveguide.

Fig. 3

zeigt das Axikon (6), welches an zentraler Stelle drehbar gelagert ist, um das proximal eintreffende Strahlenbündel entweder in einen Ringstrahl (3a) oder einen Vollstrahl (3b) zu transformieren.shows the axicon ( 6 ), which is rotatably mounted at a central point in order to transform the proximally arriving beam either into a ring beam ( 3 a) or a full beam ( 3 b).

Claims

1. Laser otoscope for perforation of the eardrum as characterized in that the radiation of a laser in the spectral range between 1.4 and 11 microns in an otoscope handle ( 1 , 1.1 ) is deflected essentially at right angles by means of a len lenselective beam splitter ( 3 , 3.2 ) becomes such that the observation of the operating field through the beam splitter is possible with visible light without vignetting ( 3, 3.1, 3.2 ).

2. Laser otoscope according to 1, characterized in that the handpiece additionally contains a light source for illuminating the operating field ( 1, 1.2 ).

3. Laser otoscope according to 1 and 2, characterized in that the otoscope funnel is double-walled for suction of the smoke gases generated during laser application ( 2, 2.1, 2.2 ). At the same time the otoscope funnel is interchangeably attached so that different diameters can be used depending on the geometry of the ear to be treated ( 2 ).

4. Laser otoscope according to 1 to 3, characterized in that the observation eyepiece contains a crosshair as a sighting aid ( 3.1 ).

5. Laser otoscope according to 1 to 4, characterized in that an adapter piece ( 4 ) with a telescope optics ( 5 ) between the beam guidance system of the laser ( 5.2 ) and laser otoscope ( 1.1 ) is coupled to the laser otoscope with the property that the distal position of the fo to be able to set the kus before the end of the otoscope funnel ( 5, 5.1 ).

6. Laser otoscope according to 1 to 5, characterized in that a pivotable Axi kon ( 6 ) is additionally arranged in the adapter part in order to produce a hollow cylindrical beam cross section.