Verfahren und Vorrichtung zur invasiven bzw. endoskopischen Therapie mittels Ultraschall und Laser

In der Medizin hat sich die Ultraschalltechnik sowohl in der Diagnostik als auch in der Therapie etabliert. Neben den bekannten extrakorporalen, bildgebenden Verfahren findet Ultraschall in der Diagnostik Anwendung in der Laparoskopie und in der Angioplastie. Beispielsweise wird im hochfrequenten Ultraschallbereich zwischen 5 MHz und 40 MHz mit einem Ultraschallkatheter Plague in Arterien diagnostiziert.

In der offenen Chirurgie kommt niederfrequenter Leistungsultraschall zwischen 20 und 40 kHz zum Schneiden von Gewebe zum Einsatz. Beispielsweise wird in der Neuro¬ chirurgie und der allgemeinen Chirurgie die sogenannte CUSA-Technik (Cavitation Ultrasonics Surgical Aspirator) vorzugsweise bei der Exzision von Hirn- und Lebertumoren verwendet. Der Vorteil der CUSA-Methode liegt in einem gewebedifferenzierenden Schneiden. Denn während die weichen Tumorzellen sich blutarm trennen lassen, bleiben die elastischen organversorgenden Gefäße und Nerven erhalten.

Einen endoskopisch nutzbaren Applikator, der Schall mit einer für das Schneiden von Gewebe ausreichenden Amplitude zur Verfügung stellt, gibt es aber bis heute nicht. Denn die bisher verwendeten metallischen Schalleiter besitzen zu hohe Verluste mit der Folge einer starken und für endoskopische Anwendungen unerwünschten Wärmeentwicklung im Schalleiter. Metallische HohlWellenleiter und entsprechende Applikatoren für die Ultraschallangioplastie sind an sich bekannt und beispielsweise beschrieben von U. Stumpf "Die Erzeugung und Übertragung von Ultraschalldehnwellen hoher Energiedichten in flexiblen Wellenleitern im 20 kHz-Bereich

für therapeutische Anwendungen" Dissertationsschrift an der RWTH Aachen, 1978.

Aus der internationalen Patentanmeldung Veröffentlichungs- nummer WO 87/01269 ist es bekannt, flexible Glasfasern als Schalleiter bei einem bildgebenden Ultraschall-Diagnose- verfahren einzusetzen. Bei diesem Verfahren werden jedoch nur relativ geringe Schalleistungen über den Wellenleiter übertragen.

Auch aus der älteren aber nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 41 15 447 sowie der Patentanmeldung DE 41 03 145 ist es bekannt, Ultraschall beispielsweise mit Hilfe von Quarzglasfasern in das Körperinnere zu übertragen, einmal zur Überwachung des Zerstörungsgrads von Konkrementen bei der extrakorporalen Stoßwellenlitho- tripsie, zum anderen beispielsweise für die medizinische Endosonografie. In beiden Fällen wird jedoch ebenfalls nur eine relativ geringe Schalleistung von dem Quarzglaswellen¬ leiter übertragen. Insoweit in der vorstehend genannten DE 41 03 145 zusätzlich die Übertragung optischer Signale bzw. von Lichtenergie angesprochen ist, handelt es sich auch hierbei nur um geringe Strahlungsintensitäten wie sie beispielsweise zur Beleuchtung des mit dem Endoskop anvisierten Objekts benötigt werden.

Desweiteren ist es bekannt, über optische Lichtwellen¬ leiter, insbesondere auch aus Quarzglas, hochintensives Licht bzw. Laserstrahlung zu transportieren und diese Strahlung beispielsweise mit Hilfe von Endoskopen und Kathetern zum Schneiden und Koagulieren von Gewebe im Körperinneren zu nutzen.

Die beiden angesprochenen Verfahren, die Ultraschall¬ therapie nach der z.B. CUSA-Technik und die Laserchirurgie werden bisher jedoch alternativ benutzt, je nachdem ob das

eine oder das andere Verfahren für den gewünschten Zweck besser geeignet ist. Eine Verbindung beider Verfahren ist bisher nicht bekannt geworden.

Aus der DE-OS 39 35 528 ist es bekannt, die Strahlung eines gepulsten Lasers für die Bearbeitung an biologischem Gewebe zu übertragen und gleichzeitig die distal bei der Bear¬ beitung auftretenden Stoßwellen über die Quarzglasfaser an einen proximal an die Faser angekoppelten Druckaufnehmer zurückzuleiten. Dieses bekannte System ist jedoch weder zur Ultraschalltherapie noch für die Ultraschalldiagnose geeignet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der sich sowohl Ultra- schallenergie als auch Laserenergie gleichzeitig bzw. während ein und desselben BehandlungsVorganges in das Körperinnere übertragen lassen.

Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen 1, 22 und 23 genannten Merkmalen gelöst.

Gemäß der Erfindung werden also simultan Laserenergie, vorzugsweise im nahen Infrarotbereich, und Ultraschall mit der für die jeweilige medizinische Applikation hinreichenden Leistung und dem geeigneten Frequenzbereich über Wellenleiter ins Körperinnere übertragen. Damit wird es möglich, die Vorteile der beiden Verfahren miteinander zu kombinieren und beispielsweise mit Ultraschall sehr gewebedifferenziert zu schneiden, während gleichzeitig oder alternierend die Schnittränder mit Hilfe der Laserstrahlung koaguliert werden, um Blutungen zu verhindern. Andererseits ist es auch möglich, den Laser selektiv zum Schneiden der Gewebeteile einzusetzen, die sich mit Ultraschall nicht oder nur schwer trennen lassen. Somit ergeben sich neue,

innovative Behandlungsmethoden im Rahmen der minimal- invasiven Medizin.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch möglich, über die Wellenleiter Ultraschall vom distalen Ende zurück zu einem proximalen Empfänger zu leiten und das Instrument damit zusätzlich zur Diagnose, für das Ultra¬ schall-Monitoring nach dem sogenannten A-Scan-Verfahren zu verwenden. Dieses A-Scan-Verfahren ist eine eindimensionale Darstellungsmethode, bei der akustische Energie von einem ortsfesten Schallkopf aus auf die zu untersuchende Körper¬ region gesendet wird. Der an jeder Grenzfläche reflektierte Teil der Schallwelle wird vom Schallkopf wieder empfangen, so daß sich bei bekannter Schallgeschwindigkeit aus der Laufzeit die Entfernung zur Reflektionsstelle berechnen und auf einem Monitor darstellen läßt. Auf diese Weise lassen sich bewegende Grenzflächen durch die auf der Zeitachse verschiebenden Amplituden erkennen. (E. Krestel "Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik" erschienen 1980, Siemens AG Verlag. 2. Auflage 1988) .

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach¬ folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren 1-9 der beigefügten Zeichnungen.

Es zeigen

Figur 1 den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Instruments in stark verein¬ fachter, schematisierter Darstellung;

Figur 2 eine abgewandelte Variante des Instruments gemäß Figur 1;

Figur 3 ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungs- gemäßen Instruments;

Figur 4 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Instruments;

Figur 5 eine detailliertere Skizze des für die Instru¬ mente nach Figur 1 und 3 verwendeten Schallkopfs;

Figur 6 eine detailliertere Skizze des für die Instru¬ mente nach Figur 2 und 4 verwendeten Schallkopfs;

Figur 7 eine detailliertere Darstellung eines für hohle Wellenleiter geeigneten Schallkopfs;

Figur 8 ein Blockschaltbild der Elektronik für den Ultra¬ schall-Diagnoseteil des Instruments nach Figur 3;

Figur 9 eine vereinfachte Skizze, die den Einsatz des erfindungsgemäßen Instruments in Verbindung mit einem Endoskop verdeutlicht.

In Figur 1 ist der Aufbau des erfindungsgemäßen Instruments nach einem ersten Auεführungsbeispiels schematisch dar¬ gestellt. Dabei ist der Wellenleiter (3), eine kunststoff¬ beschichtete flexible Quarzglasfaser wie sie z.B. von der Ensign Bickford Optic Company unter der Bezeichnung HCP- fiber bezogen werden kann, am proximalen Ende an den in Figur 5 näher dargestellten Ultraschallschwinger ange¬ koppelt, der elektrisch mit einer Ansteuerelektronik (2) verbunden ist. Umgeben ist die Quarzglasfaser von einem ebenfalls flexiblen dünnen, koaxialen Hüllschlauch (4) . In diesem Hüllschlauch (4) wird die Quarzglasfaser (3) von einem flüssigen Medium (5b) umspült, das ein Spülaggregat (5a) liefert. Bei dem flüssigen Medium handelt es sich beispielsweise um Glycerol (85 %) . Die Flüssigkeit tritt am distalen Ende der Quarzglasfaser (3) aus den Hüllschlauch (4) aus und dient dort als akustische Immersionsflüssig-

keit, die den akustischen Kontakt zwischen dem Ende der Quarzglasfaser (3) und dem Körpergewebe (16) herstellt, auf das die Ultraschallenergie (lc) gerichtet ist. Gleichzeitig dient die Flüssigkeit im Hüllschlauch (4) zur Kühlung der Quarzglasfaser (3) .

Neben dem Wellenleiter (3) ist ein zweiter Wellenleiter (103), ebenfalls eine Quarzglasfaser angeordnet. Über diese zweite Quarzglasfaser (103) wird der Strahl eines Therapielasers (7) , der über eine Optik (6) umgelenkt und auf das proximale Eintrittsende der Faser (103) fokussiert ist, zum distalen Ende des Instrumentes übertragen. Die am distalen Ende austretende Laserstrahlung trifft direkt vor dem Wellenleiter (3), der die Ultraschallenergie überträgt, auf das Gewebe (16) auf.

Bei dem Laser (7) handelt es sich um einen Therapielaser, der im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 3 μm, vorzugsweise im nahen Infrarot zwischen 1 μm und 1,5 μm strahlt, beispielsweise einen Nd:YAG-Laser. Die Quarzfasern (103 und 3) besitzen beide einen Durchmesser von mindestens 0,1 mm, im dargestellten Ausführungsbeispiel von 0,5 mm und sind zum Einen dafür geeignet, Lichtenergie mit einer Leistung von mindestens 5 Watt an das distale Ende zu transportieren, eine Leistung wie sie zum Koagulieren von Gewebe erforderlich ist. Sie sind ebenfalls dazu in der Lage, Ultraschallenergie von mindestens 5 Watt an das distale Ende zu transportieren, wie sie für das Schneiden bzw. Zertrümmern von Weichgewebe erforderlich ist und zwar in einem Frequenzbereich von weniger als 1 MHz, vorzugs¬ weise zwischen 30 kHz und 200 kHz.

Mit der Ultraschallenergie (lc) wird nun das Gewebe (16) , beispielsweise ein Tumor, zertrümmert und über den im nicht dargestellten Endoskop vorhandenen Spülkanal abgesaugt, während gleichzeitig mit dem während der Behandlung

aktivierten Laser (7) die verbleibenden Schnittränder zum gesunden Gewebe koaguliert werden.

In Figur 5 ist der auf das proximale Ende des Wellenleiters (3) aufgesetzte Schallkopf (20) detaillierter dargestellt. Er besteht aus einem Dämpfungsglied (22) in Form einer Stahlscheibe, einem davorgesetzten Schallwandler in Form zweier Scheiben (23) aus piezokeramischen Material, einem Impedanzwandler (24) in Form einer ebenfalls zylindrischen Scheibe aus einem Material mit nachstehend noch zu bestimmenden Eigenschaften sowie einem Amplitudentrans¬ formator (25) in Form einen Tapers, der den Übergang von dem im Querschnitt größeren Durchmesser des Schallwandlers auf den kleineren Durchmesser des daran angesetzten Wellen¬ leiters (3) herstellt und die aufgrund der Streckgrenze kleinere Auslenkung der Piezokeramik auf die größere longitudinale Amplitudenauslenkung des Quarzwellenleiters (3) vergrößert. Der Amplitudentransformator (25) besteht ebenfalls aus Quarzglas. Seine nach Art eines Schallhorns ausgebildete Exponentialform bewirkt, daß die Auslenkungs- amplitude der von den Piezokeramikscheiben (24) erzeugten Ultraschallwelle umgekehrt proportional zum Durchmesser des Amplitudentransformators zunimmt. Mit (26) ist die Kunst¬ stoffSchicht bezeichnet, von der käufliche Quarzglasfasern üblicherweise umhüllt sind.

Die für den Quarzglaswellenleiter distal maximal zulässige Amplitude der Auslenkung läßt sich berechnen:

^p Q

S = :D

DQ x CQ x 2πf

PQ : max. Zugspannung in Quarz CQ : Schallgeschwindigkeit in Quarz DQ : spez. Dichte des Quarzes f : Frequenz des Ultraschalls

Um eine für die Ultraschalltherapie ausreichend hohe distale Auslenkungsamplitude zu realisieren, muß die aufgrund der Streckgrenze kleinere Auslenkung der Keramik¬ scheiben (23) mit dem Amplitudentransformator (25) vergrößert werden. Besitzt dieser eine Exponentialform, nimmt die Auslenkungsamplitude umgekehrt proportional zum Durchmesser zu.

Für die Dimensionierung des Amplitudentranεformators wird angenommen, daß der schlanke Teil des Transformations- stückes lambda/4 lang ist, der Querschnittssprung also im Spannungsbauch liegt.

Es gilt

^D ATd ^x ATd ^p ATd = ^P Q (2)

D _Q x C _Q

mit DJT _C I: Dichte des Amplitudentransformators ^c ATd ^: Schallgeschwindigkeit im Amplitudentransformator

Da sowohl Wellenleiter (3) als auch Amplitudentransformator (25) aus Quarzglas sind, läßt sich der Spannungswert des schlanken Teils aus Gleichung 1 berechnen. Weiterhin gilt für das Verhältnis der Querschnittsflächen e :

^p ATp = ^{e p} ATd (3)

mit P^Tp ^: Zugspannung des Amplitudentransformators am proximalen Ende, und

^p ATd ^: Zugspannung des Amplitudentransformators am distalen Ende

Für die Streckgrenze des Impedanzwandlers Pj_w ergibt sich dann

D _IW x C _IW P _IW = _e p _Q (4)

D _Q x C _Q

mit O y- : Dichte des Impedanzwandlers (24) .

C _. : Schallgeschwindigkeit im Impedanzwandler (24) .

Hieraus folgt für die Streckgrenze des Schallwandlers Ppw=

^D PW ^{x C} PW ^D PW ^{x C} PW P _pw = p _IW = _e p _Q (5)

D _IW x C _IW P _Q x C _Q

mit Dp^j: Dichte des Schallwandlers (23)

Cpw- Schallgeschwindigkeit im Schallwandler (23) .

Da Pp jedoch anfangs als Materialkonstante vorgegeben worden ist, kann e berechnet werden:

^P PW ^x DQ x C _Q e = (6)

P _Q x D _PW x C _PW

Somit ist der Amplitudentransformator dimensioniert.

Die Schallwelle läuft von den Keramikscheiben (23) in Richtung Quarzglaswellenleiter (3) . Damit es an der Grenz¬ fläche zwischen Keramik und Quarz minimale Reflexions-

Verluste gibt, ist eine Impedanzanpassung nötig. Hierzu wird im folgenden der Impedanzwandler (24) berechnet.

Es wird eine lambda/4 Impedanzanpassung angesetzt : ^Z X ^{= D} X ^C X ^se i d-- ^e mechanische Impedanz des Materials x. Dann gilt für senkrechten Schalleinfall für die Impedanz des Impedanzwandlers

Z _IW = Z _Q x Z _PW ' (7)

und für seine Länge ljw

lambda C γj

1 _IW « ₌ (8)

4 4f

Anhand der berechneten Impedanz muß dann ein geeignetes Impedanzwandlermaterial ausgewählt werden. Hierfür eignen sich z.B. Gläser entsprechender Zusammensetzung, Keramik oder Metall. Es muß aber hierbei berücksichtigt werden, daß die Streckgrenze nach Gleichung 1 nicht überschritten wird.

Bei optimaler lambda/4 Anpassung verschwindet der Reflexionsfaktor des Gesamtsystems und die einfallende Energie wird vollständig (unter Vernachlässigung der inneren Verluste) von den Piezokeramikscheiben (23) zum Wellenleiter (3) übertragen.

Für die geometrische Dimensionierung ist folgendes zu berücksichtigen:

Durch die Materialvorgabe sind die Streckgrenzen des Wellenleiters (3) , des Amplitudentransformators (25) und des Schallwandlers (23) bekannt.

Es sind die Streckgrenze von Quarz

und die Streckgrenze von Keramik Pp _W = 12,5 ^• 10 ⁷ Pa.

Weiterhin sind die Dichte D und die Schallgeschwindigkeit CL für die Longitudinalwellen sowohl für Quarz (DQ und CLQ) als auch für Keramik (Dp und CLP) vorgegeben.

Als freie Parameter bleiben dann noch i) der distale Durchmesser des Wellenleiters d^ und ii) die Frequenz f oder die Auslenkung s am distalen Ende des Wellenleiters.

Damit lassen sich für einen Wellenleiter aus Quarzglas mit einem Durchmesser von 1 mm unter Verwendung von Piezo- keramikscheiben von 2,4 mm Durchmesser für den Schallgeber bei einer Frequenz von 25 kHz Auslenkungsamplituden von 0,15 mm am distalen Ende des Wellenleiters (3) erzielen, wenn man die folgenden Werte für Impedanz und Zugspannungen als gegeben annimmt:

ZQ = 1,33 ^• 10 ⁷ kg/m ² s, P _PW = 1,25 ^• 10 ⁸ Pa

PQ = 3 ^• 10 ⁸ Pa, Z _IW = 2,07 ^■ 10 ⁷ kg/m ² s,

Z _PW = 3,12 ' 10 ⁷ kg/m ² s, P _IW = 8,4 ^• 10 ⁷ Pa.

Das entspricht einer theoretisch erreichbaren Schalleistung von 2,6 kW am distalen Ende des Wellenleiters (3) . Eine solche Schalleistung ist zum Schneiden von Gewebe mehr als ausreichend. Bei höheren Frequenzen liegt, die aufgrund der Streckgrenze maximal erreichbare Auslenkungsamplitude entsprechend niedriger.

In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform des Instruments nach Figur 1 dargestellt. Gemäß dieser zweiten Ausführungsform werden Ultraschall- und Laserstrahlung über den selben Wellenleiter übertragen und auf das Gewebe (16) am distalen Ende gerichtet. Hierzu wird die vom Laser-

generator (7) abgegebene Laserstrahlung von der Umlenk- und Fokussieroptik (6) in das proximale Ende des Wellenleiters (3) eingekoppelt und der Ultraschallgenerator (2) ist mit einem dem Wellenleiter umgebenden ringförmigen Ultraschall- köpf (30) verbunden, wie er in Figur 6 näher dargestellt ist. Die übrigen Bauteile entsprechen denen im Ausführungs- beispiel nach Figur 1 und werden deshalb an dieser Stelle nicht nochmals erläutert.

Wie aus Figur 6 hervorgeht ist der Wellenleiter (3) im Bereich des Ultraschallkopfes (30) geteilt. Das proximale Teilstück (3a) des Quarzglas-Wellenleiters ist in eine koaxiale Bohrung des Ultraschallkopfes eingesetzt und zwar erstreckt sich diese Bohrung durch das Dämpfungsglied (32) und die Piezokeramikscheiben (33) des Schallwandlers hindurch und endet vor dem Impedanzwandler (34) , der in diesem Falle aus für die Wellenlänge des Lasers (7) transparentem Glas besteht. Der sich an den Impedanzwandler

(34) anschließende Amplitudentransformator (35) besteht wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 5 ebenso wie der daran anschließende Wellenleiter (3b) aus Quarzglas.

Der Impedanzwandler (34) und der Amplitudentransformator

(35) sind ebenso wie der Wellenleiter (3) mit einem optischen Cladding (36) versehen, um das Austreten von Laserlicht zu verhindern. Hierbei kann es sich beispiels¬ weise um im Tauchverfahren aufgebrachte Hartpolymere handeln, wie sie ohnehin bei handelsüblichen sogenannten HCP(Hard Clad Plastic) -Fasern verwendet werden.

Mit dem in Figur 2 dargestellten Applikator werden also gleichzeitig oder intermittierend Ultraschall- und Laser¬ strahlung über den gleichen Wellenleiter (3) auf das zu behandelnde Gewebe (16) gerichtet, so daß beispielsweise Weichgewebe mit Ultraschall geschnitten und simultan mit dem Neodym-YAG-Laser (7) koaguliert wird. Im übrigen gelten

die zu Figur 1 gemachten Angaben hinsichtlich der Abmessung der Faser, der übertragenen Laser- und Schalleistung und die verwendeten Frequenz- bzw. Wellenlängenbereiche in gleicher Weise für das Instrument nach Figur 2 bzw. Figur 6.

Der Wellenleiter (3a) kann beispielsweise im Behandlungs- kanal des in Figur 9 dargestellten Endoskops (18) verlegt sein. Dieses Endoskop ermöglicht die Führung und Posi¬ tionierung des Wellenleiters an den Behandlungsort in der betreffenden Körperöffnung. Sofern es sich um ein flexibles Endoskop handelt, besitzt es auch die erforderlichen Einrichtungen, um das distale Ende (19) zu bewegen bzw. abzuwinkein. Es enthält außerdem die notwendigen Kanäle und Pumpeinrichtung (17) mit der die über den Hüllschlauch (4) zugeführte Flüssigkeit (5b) abgesaugt werden kann.

In Figur 3 ist der Wellenleiter (3) gemäß Figur 1 mit einem zusätzlichen Signalgeber und Empfänger (8) für Ultraschall- Meßsignale zur Vermessung von Gewebeschichten nach dem sogenannten A-Scan-Verfahren ausgestattet. Mit dem Signal¬ geber und Empfänger (8) werden Ultraschallsignale geringer Leistung erzeugt und über den Wellenleiter (3) an das distale Ende transportiert. Die Schalleistung für die Diagnose liegt unter einem Watt und die Schallintensität am distalen Ende beträgt weniger als 100 Watt/cm ² , um Gewebe¬ schädigungen auszuschließen. Jedoch wird bei der Diagnose mit Ultraschallfrequenzen größer 1 MHz gearbeitet, bis zu 50 MHz, vorzugsweise zwischen 1 und 10 MHz.

Das sogenannte A-Scan-Verfahren ist eine eindimensionale Darstellungsmethode. Hierbei wird akustische Energie vom Wandler (8) über den Wellenleiter (3) in die zu unter¬ suchende Körperregion gesendet. An jeder Grenzfläche wird ein Teil der Schallwellen reflektiert. Die durch den Wellenleiter (3) zurücklaufende Welle wird vom Schall-

wandler (8) wieder empfangen. Bei bekannter Schall¬ geschwindigkeit läßt sich aus der Laufzeit die Entfernung der Reflexionstelle errechnen. Die empfangenen Signale können z.B. auf einem Monitor dargestellt werden. Hierbei läuft auf dem Monitor in der X-Achse ein Punkt und ein Taktsignal steuert die Bildröhre derart, daß der Beginn der Punktbewegung zeitlich mit dem Empfang des reflektierten Schallsignals zusammenfällt. Die Punktlaufzeit kann so eingestellt werden, daß die Abstände der Reflexionstellen wie z.B. Organgrenzflächen direkt vom Monitor abgelesen werden können. Reflektierte Signale werden durch eine zur Schallintensität proportionale Amplitude auf der Y-Achse dargestellt. Mit zunehmender Eindringtiefe nehmen die Schallwellenintensitäten ab. Mit Hilfe einer zeitabhängigen Verstärkung werden später eintreffende Signale aber mehr verstärkt, um so die Intensitätsverluste im Gewebe auszugleichen. Sich bewegende Grenzflächen sind durch die sich auf der Zeitachse (X-Achse) verschiebenden Amplituden erkennbar. Die dafür erforderliche Meßsende- und Auswerte¬ elektronik (9) ist im Blockschaltbild nach Figur 8 näher dargestellt. Darin bezeichnen die Bezugszeichen (60) den Taktgeber, (61) den Ultraschallsender, (63) den Verstärker für die Empfangssignale, (62) die Elektronik für den Tiefenausgleich, die den Verstärkungsfaktor zeitabhängig steuert, (64) den Bildverstärker und (65) den Monitor, auf dem die Signale dargestellt werden.

Wenn mit dem Instrument nach Figur 3 zusätzlich Ultra¬ schalldiagnose betrieben wird, sind die Reflexionsverluste durch den Impedanzsprung am distalen Ende des Wellenleiters (3) zu berücksichtigen. Die Verluste können beim Abstrahlen noch durch eine Erhöhung der Sendeleistung kompensiert werden. Für das rücklaufende Echosignal ist das jedoch nicht mehr möglich, da dann zum distalen Ende ein nochmals höhere Sendeleistung übertragen werden müßte, was das Gewebe unnötig belastet, oder man einem Signalverlust in

Kauf zu nehmen hat. Deshalb ist bei der Ultraschalldiagnose über eine Quarzglasfaser eine Impedanzanpassung nötig. Der

C __ η große Impedanzsprung von 13,3 x 10 kgm s für Quarz¬ glas auf 0,5 - 1,7 x 10 ⁶ kgm ^-2 s ^-1 für typische Weich¬ gewebe verstärkt diese Forderung noch. Zu erwarten wären hierbei Intensitätsverluste zwischen 60 und 85 % beim Senden und Empfangen.

Die über das .Füllrohr (4) übertragene Spülflüssigkeit kann zwar prinzipiell für Impedanzanpassung verwendet werden, problematisch ist es jedoch, entsprechend hohe Impedanzen zwischen 2,5 - 4,5 x 10 kgm s ^-1 zu erreichen. Außerdem ist die Schichtdicke der Spülflüssigkeit nicht leicht auf die für die Impendanzanpassung erforderlichen Wert von lambda/4 konstant zu halten. Deshalb ist auf das distale Ende des Wellenleiters (3) zusätzlich ein Impendanzwandler in Form eines geeigneten Glases mit einer Impedanz von ca. 4 x 10 kgm ^~2 s ^_1 aufgesetzt. Dieser Impedanzwandler (109) ist schallhart mit der Quarzglasfaser (3) z.B. durch Klebe-, Spleiß- oder Kraftschlußtechnik verbunden.

In Figur 4 ist eine weitere, bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Instruments dargestellt. Hier wird durch eine zentrische Quarzglasfaser (13) gleichzeitig der Ultra¬ schall des in Figur 6 dargestellten Schallkopfes und die Laserstrahlung des Neodym-YAG-Lasers (7) nach Umlenkung und Fokussierung mit Hilfe der Optik (6) auf das proximale Ende des Wellenleiters (13) übertragen. Insofern entspricht dieser Teil des Instruments dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2. Der zentrische Wellenleiter (13) hat einen Durch¬ messer von 600 μm.

Um die zentrale Quarzglasfaser (13) ist ein sogenannter Multifaser-Ringkatheter (14) gelegt. Dieser Ringkatheter (14) besteht aus mehreren Lichtleitfasern (12) mit geringem Durchmesser von ca. 50 μm. Dieses Ringkatheterfaserbündel

dient zur Übertragung des höherfrequenten Ultraschalls im Bereich zwischen 1 MHz und 50 MHz für die Ultraschall- diagnose. Hierzu sind die Enden der Fasern (12) am proxi¬ malen Ende zusammengefaßt, beispielsweise miteinander verklebt und an dieses gemeinsame Faserende ist ein kombinierter Ultraschallsender/empfänger (18) angekoppelt, der mit der Diagnoseeinheit (9) verbunden ist, wie sie in Figur 8 dargestellt ist.

Der über die Quarzglasfaser (13) übertragene Leistungs- ultraschall für die Therapie liegt im Frequenzbereich zwischen 30 kHz und 200 kHz, vorzugsweise bei ca. 100 kHz.

Der ringförmige Kanal zwischen dem Ringkatheter (14) und dem zentrischen, dickeren Wellenleiter (13) kann zur Übertragung der Spülflüssigkeit dienen.

Die Glasfasern (12) können weiterhin dazu benutzt werden, optische Signale vom distalen Ende des Instruments zurück- zuübertragen, beispielsweise Fluoreszenzstrahlung, die mit Hilfe von an das proximale Ende der Fasern (12) angesetzten photoelektrischen Detektoren (nicht gezeichnet) in Remission nachgewiesen wird.

In den bisherigen Ausführungsbeispielen ist immer eine Quarzglasfaser mit vollem Kern als Wellenleiter zur Übertragung des Leistungs-Ultraschalls für die Therapie bzw. der Laserstrahlung dargestellt worden. Anstelle einer solchen Faser ist es jedoch auch möglich, eine Kapillare zu verwenden, wie das in Figur 7 dargestellt ist. Dort besteht der Wellenleiter aus einer hohlen Quarzglaskapillare (48) . Diese Quarzglaskapillare ist wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 7 im Bereich des Schallwandlers geteilt. Das Proximalstück (48a) des hohlen Wellenleiters ist wieder in ein zentrische Bohrung im Dämpfungsglied (42) und den piezokeramiεchen Scheiben (43) des Schallwandlers ein-

gesteckt. Jedoch erstreckt sich hier die Bohrung durch den Impedanzwandler hindurch, so daß das Ende dieses Wellen¬ leiterstücks (48a) direkt auf das dickere Ende des Amplitudentransformators (45) aufgesetzt ist. Der Amplitudentransformator (45) besitzt ebenfalls eine zentrische Bohrung und zwar in gleicher Größe wie der Kapillarinnendurchmesser. An den Amplitudentransformator schließt sich dann das zweite, distale Stück (48b) des hohlen Wellenleiters an.

In diesem Ausführungsbeispiel wird der Leistungsultraschall für die Therapie, der vom Schallwandler (43) erzeugt wird, von den Wänden der Quarzglaskapillare (48b) übertragen. Durch das Innenlumen (49) wird zur Kühlung des Wellen¬ leiters eine Flüssigkeit gespült. Diese Flüssigkeit ist für die Wellenlänge der simultan zu übertragenden Laser¬ strahlung transparent, die vom proximalen Ende her in den flüssigen Kern des Wellenleiters (48a) eingekoppelt wird.

Mit (46) ist auch in diesem Ausführungsbeispiel wieder das optische Cladding mit niedrigerer Brechzahl bezeichnet, das ein Austreten von Licht aus dem Wellenleiter (48b) verhindern soll.