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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich im Allgemeinen auf ein Lasersystem mit fasergebundener Kommunikation
und im Speziellen auf ein Lasersystem für Anwendungen im medizinischen
Bereich.
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Laserlicht hat sich nicht nur in
der Forschung, sondern auch in vielen Bereichen des täglichen
Lebens als steuerbare Lichtquelle durchgesetzt. Ausschlaggebend
hierfür
ist, dass mit einem Laser eine monochromatische Lichtquelle mit
kohärenter
Strahlung zur Verfügung
steht, deren Strahlung sich aufgrund der geringen Divergenz sehr
gut bündeln
lässt.
Der Laser hielt dabei nicht nur Einzug in der Telekommunikation
und der Unterhaltungselektronik, sondern auch in der Materialbearbeitung und
in der Medizin. Für
letzteres Gebiet war ausschlaggebend, dass mit einem Laser ein Instrument zur
Verfügung
steht, bei dem zum einen energiereiche Strahlung zur gezielten Erhitzung
von Gewebe und zur Zerstörung
von körpereigenen
Steinen und zum anderen monochromatischen Strahlung zur selektiven
Anregung fotochemischer Prozesse eingesetzt werden kann. Dabei ist
zwischen dem Einsatz des Lasers als Hilfsinstrument im Rahmen einer
größeren Operation
oder dem Einsatz des Lasers als eigentliches Therapieverfahren zu
unterscheiden.
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Im chirurgischen Bereich kommt der
Laser vor allem wegen der blutstillenden Wirkung, der Möglichkeit
der präzisen
Handhabung und der Verringerung der Instrumentenzahl im Operationsfeld
zum Einsatz. Berührungsfreie
Gewebeabtragung und minimale Traumatisierung des umliegenden Gewebes durch
kräftefreies
Bearbeiten des Gewebes sind dabei wesentliche Vorteile der Laseranwendung.
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Ein weiteres Einsatzgebiet der Lasertechnologie
in der Medizin ist die Behandlung von Körperoberflächen. Hierbei wird der Laser
zum einen für
das Abtragen oder Koagulieren von Haut- und Hautanhangsgebilden
verwendet, zum anderen für
die Therapie von intrakutanen Gefäßveränderungen und Missbildungen.
So werden Hauttumore heute vorzugsweise mit dem Nd:YAG-Laser koaguliert
oder alternativ mit einem CO2-Laser abgetragen.
Gutartige Pigmentanomalien werden mit Alexandrit- oder Argonlaser
behandelt. Zum Entfernen von Tätowierungen
sowie zur Haarentfernung werden ebenfalls Alexandritlaser und gepulste
Nd:YAG-Laser verwendet.
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Auch in der Endoskopie ist der Laser
unentbehrlich geworden. Laserlicht, das über Lichtleiter an die Stelle
der Applikation geleitet wird, kann hier zu einer weiteren Verkleinerung
und damit zu einer weiteren Flexibilisierung des endoskopischen
Operierens führen.
Durch die Weiterentwicklung und vor allem durch die Miniaturisierung
der Instrumente sowie durch eine Verfeinerung der flexiblen Endoskope
erschließt
sich eine Reihe von neuen Einsatzgebieten für die Lasertechnologie, in
denen bislang konventionell operiert werden musste oder die keiner
minimal invasiven Therapie zugänglich
waren.
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Die immer zahlreicheren Anwendungsgebiete
der Lasertechnologie in der Medizin führten zur Entwicklung von technisch
immer mehr ausgereiften Laserkonstruktionen und entsprechenden Systemkonzepten,
die die Handhabung der Lasersysteme erleichterten und verbesserten,
bzw. wiederum neue Einsatzgebiete erschlossen.
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Diese Entwicklung der medizinischen
Lasersysteme setzt sich nun fort bis hin zu „intelligenten" Systemen.
In
DE4025851 wird ein
solches „intelligentes"
Lasersystem beschrieben, bei dem remittierte Strahlung, die bei
der Bearbeitung von Material mittels Laserlicht entsteht, über ein
Transmissionssystem für
das Laserlicht zu einem Detektor übertragen wird. Der Detektor
ermittelt die Intensität
der remittierten Strahlung. Über
ein derartiges Lasersystem kann erreicht werden, dass ungewollte
Gewebeschädigungen
minimiert werden, da die Laserleistung über die Detektion der Intensität der remittierten Strahlung
automatisch geregelt wird.
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In diesem Zusammenhang kommt dem
Einsatz von flexiblen, optischen Transmissionssystemen für die erzeugte
Laserstrahlung eine wesentliche Bedeutung zu, denn für die Applikation
der Laserstrahlung auf das zu behandelnde Gewebe muss die Entfernung
zwischen dem Lasergeräteausgang
und dem Patienten überbrückt werden.
Die medizinischen Lasersysteme bestehen daher typischerweise aus
einem stationären
oder mobilen Lasergerät,
einer Strahlführung,
optischen Endgeräten
und Zubehör
für spezielle
medizinische Applikationen. Für
die Übertragung
von sichtbarem Laserlicht und den angrenzenden Spektralbereichen
von ca. 0,3 bis 2,1 μm werden
flexible Glas- bzw. Quarzfasern verwendet. In den Spektralbereichen
0,19 – 0,3 μm (Eximer-Laser)
und 3 – 10 μm (Erbium-
und CO2-Laser) finden spezielle Lichtleiter
oder Spiegelgelenkarme Anwendung. Dabei werden besonders hohe Anforderungen an
die Lichtleiter bei der Übertragung
gepulster, energiereicher Laserstrahlung zur Laserlithotripsie gestellt.
Die gute Handhabbarkeit und Flexibilität dieser Transmissionssysteme
ist von entscheidender Bedeutung für den Einsatz der Lasersysteme.
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Bei allen Anwendungsmöglichkeiten
des Lasers in der Medizin ist die Handhabbarkeit der Laserstrahlung
von wesentlicher Bedeutung. Flexibilität, Ergonomie und Funktionalität spielen
dabei genauso eine wesentliche Rolle, wie Sicherheit, Zuverlässigkeit
und Präzision.
Sie sind entscheidend dafür,
ob bei einer Behandlung die Vorteile des Lasers auch zum Tragen
kommen.
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Von wesentlicher Bedeutung hierfür ist, wie das
Handstück
eines Lasersystems, das mit einem Spiegelgelenkarm oder einer flexiblen
Glasfaser an den Lasergeräteausgang
gekoppelt ist, handhabbar und bedienbar ist. Dies beinhaltet Funktionalitäten wie
z. B. eine stufenlose Verstellung der Spotgröße des Laserfokus. Bisher musste
man nach Verstellung der Spotgröße die Laserstärke manuell
am Lasergerät
nachregeln. Bei neueren Generationen von Lasersystemen kann nun
die Stärke
des Lasers über eine
Fernbedienung angepasst werden. Für die Datenübertragung von einem Laserhandstück zum Lasergerät werden
dazu entweder zusätzliche
elektrische Kabel vom Handstück
zum Laser oder eine RF-Funkübertragung
verwendet. Eine weitere Möglichkeit
ist eine Infrarot-Übertragung,
die entweder gerichtet oder diffus ist. Alle drei Übertragungsmöglichkeiten
haben gewisse spezifische Nachteile bezüglich der Handlichkeit, des
Stromverbrauchs und der Wirksamkeit des Verfahrens oder führen zu
Problemen bei einer weltweiten Zulassung des Lasersystems.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Lasersystem anzugeben, das einen sicheren Datenaustausch zwischen
Handstück
und Stationärgerät ermöglicht,
die ergonomischen Anforderungen an das Handstück berücksichtigt, mit geringen Aufwand
in bestehende Lasersysteme zu integrieren ist und keine weiteren
Erschwernisse für
eine weltweite Zulassung des Lasergeräts verursacht.
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Diese Aufgabe wird in erfindungsgemäßer Weise
durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die vorliegende Erfindung baut auf
der Erkenntnis auf, dass eine Datenübertragung vom Handstück zum Stationärteil des
Lasers mittels Nutzung des Lichtleiters geschehen kann, der für den Therapielaser
verwendet wird.
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Daher kann durch die erfindungsgemäße Lösung eine
Datenkommunikation zwischen Handstück und Stationärteil des
Lasersystems realisiert werden, bei der weder zusätzliche
Kabel zwischen Handstück und
Laser notwendig sind noch aufgrund von RF-Komponenten Zulassungsvertahren für eine weltweite
Zulassung des Systems negativ beeinflusst werden. Darüber hinaus
werden Probleme mit der Zuverlässigkeit
der Datenkommunikation wie z. B. bei gerichteter oder diffuser Infrarot-Übertragung
vermieden. Des Weiteren bietet die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, dass sie
in bestehende Systeme integriert werden kann, vor allem, da sie
kaum in die komplizierte Optik des Lasersystems eingreift. Bei bestimmten
Lasersystemen können
bereits vorhandene Systemkomponenten mitverwendet werden, wodurch
der Aufwand für
die Integration der Datenübertragung
vom Handstück
zum Stationärteil
des Lasersystems weiter reduziert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet
das Lasersystem eine Einrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung;
eine Einkoppeleinrichtung zur Einkopplung der erzeugten Laserstrahlung in
einen Lichtleiter und eine Auskoppeleinrichtung zur Auskopplung
der Laserstrahlung aus dem Lichtleiter, wobei eine Datensendeeinrichtung
an die Ein- oder Auskoppeleinrichtung gekoppelt ist und optische
Signale erzeugt, die über
die Ein- oder Auskoppeleinrichtung in den Lichtleiter eingekoppelt
werden und am anderen Ende des Lichtleiters von einer Datenempfangseinrichtung
empfangen werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
beinhaltet das Lasersystem sowohl in der Einkoppeleinrichtung eine
Datenempfangs- und Datensendeeinrichtung als auch bei der Auskoppeleinrichtung,
um eine bidirektionale, optische Signalübertragung über den Lichtleiter zu ermöglichen.
Dabei dienen die optischen Signale zur Übertragung von Informationen
zum Handstück,
die insbesondere zur Steuerung der Vorrichtung zur Erzeugung von
Laserstrahlung, zur Steuerung der Ein- oder Auskoppeleinrichtung
und insbesondere zur Regulierung der Laserleistung verwendet werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten
Ausführungsform
handelt es sich bei dem Lasersystem um ein medizinisches Lasersystem,
wobei die an die Auskoppeleinrichtung gekoppelte Datensendeeinrichtung
eine LED oder andere Lichtquelle ist, die optische Signale im blauen
Spektralbereich erzeugt. Die optischen Signale der LED werden bei
der Einkoppeleinrichtung über
einen Spiegel mit dielektrischer Beschichtung aus dem Strahlengang
des Lasers ausgekoppelt und an eine Datensendeeinrichtung übertragen,
die gleichzeitig auch zur Detektion weiterer optischer Signale verwendet
werden kann, z. B. zur Messung von reemittierter Strahlung, die durch
die Bearbeitung von Material mittels der Laserstrahlung entsteht.
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Bei einer Alternative der besonders
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist das Handstück Bedieneinrichtungen auf,
die bei Betätigung
elektrische Signale erzeugen und an die LED im Handstück weiterleiten,
mittels derer die Einrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung gesteuert
wird. Über
diese Bedieneinrichtung kann vorzugsweise die Laserleistung gesteuert
werden.
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In einer weiteren Alternative der
besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Handstück modular aufgebaut und je nach
Verwendungszweck des Lasers werden Elemente des Handstücks ergänzt, ausgetauscht
oder abgenommen. Die einzelnen Elemente des Handstücks verfügen über eine
elektronisch oder optisch lesbare Identifizierungseinrichtung, die
bei der Befestigung der Elemente am Handstück über eine Leseeinheit im Handstück ausgelesen
wird und die Daten aus der Identifizierungseinrichtung an die Datensendeeinrichtung
im Handstück
weiterleitet und zur Steuerung des Handstücks oder der Einrichtung zur Erzeugung
von Laserstrahlung verwendet wird.
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Anhand der in der beiliegenden Zeichnungen dargestellten
bevorzugten Ausführungsformen
wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Ähnliche oder korrespondierende
Einzelheiten sind in den Figuren mit denselben Bezeichnungen versehen.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Lasersystems gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
schematische Darstellung der Auskoppeleinrichtung sowie des Lichtleiters
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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3 eine
schematische Darstellung der Einkoppeleinrichtung sowie des Lichtleiters
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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4 eine
schematische Darstellung der Auskoppeleinrichtung sowie des Lichtleiters
gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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5 eine
schematische Darstellung der Einkoppeleinrichtung sowie des Lichtleiters
gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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6 eine
schematische Darstellung eines Regelkreises zur Regulierung der
Laserleistung gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung,
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7 ein
Flussdiagramm für
den schematischen Ablauf der Datenkommunikation zwischen dem Stationärteil des
Lasersystems und dem Handstück
gemäß der besonders
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und
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8 ein
weiteres Flussdiagramm für
den schematischen Ablauf der Datenkommunikation zwischen dem Stationärteil des
Lasersystems und dem Handstück
gemäß der besonders
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt
anhand einer schematischen Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Lasersystem 100 besteht
aus einem stationären
oder transportierbaren Lasergerät 110,
das eine Einrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung beinhaltet,
an das ein flexibler Lichtleiter 120 gekoppelt ist, der
mit einem Handstück 130 verbunden
ist.
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Das Lasergerät ist zur Erzeugung von intensiver
Laserstrahlung mit Hochleistungslaserdioden, einer Mikrooptik zum
Fokussieren des erzeugten Laserlichts, sowie einer Ener gieversorgung
ausgestattet. Alternativ ist das Lasergerät mit einem Lasermedium, einem
Resonator und einer Pumpquelle sowie der entsprechenden Energieversorgung
ausgestattet. In diesem Fall finden bevorzugterweise diodengepumpte
Festkörperlasermedien
Anwendung für die
Erzeugung der intensiven Laserstrahlung.
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Darüber hinaus verfügt das Lasergerät vorzugsweise über eine
Kühleinrichtung
sowie einen Systemkontroller, der unter anderem auch die Leistung
der Laserstrahlung, die Pulsdauer sowie die Frequenz der Laserpulse
regelt. Darüber
hinaus sind in das Lasergerät
Anzeige- und Bedieneinrichtungen 150 integriert, über die
bestimmte Anwendungsmodi sowie Systemeinstellungen ausgewählt werden
können.
Des Weiteren verfügt
das Lasergerät über entsprechende
Sicherheitseinrichtungen sowohl für den elektrischen wie auch
den optischen Bereich. Vorzugsweise besitzt der Systemkontroller
entsprechende Einrichtungen, um die Steuerung und Regelung des Lasersystems über Software-Programme
durchführen
zu können.
Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei der Software-Programme bei
einer Aktualisierung ausgetauscht werden. Bei einer weiteren Alternative
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Ertindung ist in das Lasergerät eine Ausgabeeinheit für ein Protokoll
der Systemeinstellungen integriert bzw. weist das Lasergerät eine Schnittstelle
für eine
Ausgabeeinheit auf.
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Des Weiteren ist in das Lasergerät eine Einkoppeleinrichtung
integriert, die die erzeugte Laserstrahlung in den Lichtleiter 120 einkoppelt.
Der Lichtleiter ist hierzu fest oder lösbar, vorzugsweise mit einem
Präzisionsbajonettverschluss,
vorzugsweise in einer festen Position zur Einkoppeleinrichtung befestigt.
Alternativ kann zu einem Präzisionsbajonettverschluss
ein sogenannter SMA-Konnektor verwendet werden. Der Lichtleiter
kann aus einer oder mehreren Plastik-, Glas- oder Quarzglasfasern
bestehen. Je nach Wellenlänge
der erzeugten Laserstrahlung werden auch dotierte Quarzglasfasern
verwendet. Der Lichtleiter ist dafür ausgelegt, hohe Lichtleistungen möglichst
verlustfrei transportieren zu können.
Er verfügt
aus Sicherheitsgründen
vorzugsweise über eine
entsprechende Ummantelung, die die Fasern vor entsprechender mechanischer
Belastung und im Falle eines Bruchs der Fasern vor einem Austreten der
Laserstrahlung schützen.
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Ähnlich
wie das Lasergerät
verfügt
das Handstück über eine
entsprechende Vorrichtung, mittels derer der Lichtleiter fest oder
abnehmbar an dem Handstück
befestigt werden kann. Entsprechend ist eine Auskoppeleinrichtung
in das Handstück
integriert, die die erzeugte Laserstrahlung aus dem Lichtleiter
auskoppelt und je nach Anwendungsgebiet des Lasersystems an eine
entsprechende Ausgabeeinrichtung für den Laserstrahl im Handstück weiterleitet.
Hierfür
besitzt das Handstück
eine entsprechende Austrittsöffnung
für die
Laserstrahlung. Des Weiteren verfügt das Handstück der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorzugsweise über entsprechende Bedieneinrichtungen 140,
mittels derer bestimmte Funktionen des Lasergerätes gesteuert werden können, beispielsweise die
Laserleistung. Zusätzlich
sind in dem Handstück eine
oder mehrere Anzeigeneinrichtungen angebracht, über die Informationen angezeigt
und Einstellungen des Handteils oder des Lasergerätes kontrolliert
werden können.
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2 zeigt
anhand einer schematischen Darstellung die Auskoppeleinrichtung 250 einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die aus dem Lichtleiter 120 austretende
Laserstrahlung wird mittels eines Linsensystems 220 und 230 gebündelt und
an eine Ausgabeeinrichtung im Handstück 130 weitergeleitet.
An die Auskoppeleinrichtung ist eine Datensendeeinrichtung 210 gekoppelt,
die optische Signale erzeugt und über eine Reflexion an dem Linsensystem
in den Lichtleiter einkoppelt. Vorzugsweise besteht die Datensendeeinrichtung
aus einer LED, die optische Signale in einem anderen Spektralbereich
als die Laserstrahlung emittiert. Alternativ besteht die Datensendeeinrichtung aus
anderen Bauelementen zur Erzeugung optischer Signale.
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Besonders bevorzugterweise wird bei
Lasergeräten,
die Laserstrahlung hoher Leistung im IR-Bereich erzeugen, eine LED
verwendet, die im blauen Spektralbereich emittiert, um einen genügenden Störabstand
der erzeugten optischen Signale zu der Laserstrahlung zu gewährleisten.
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Alternativ können für die Datensendeeinrichtungen
sowohl LEDs verwendet werden, die in anderen Wellenlängenbereichen
emittieren sowie andere Komponenten zur Erzeugung von optischen
Signalen. Das Linsensystem ist mit einer dielektrischen Beschichtung
versehen, die dahingehend optimiert ist, dass die Reflexion der
Laserstrahlung minimiert und damit die Transmission der Laserstrahlung
durch das Linsensystem maximiert wird. Alternativ wird die Beschichtung
des Linsensystems auch dahingehend optimiert, dass zusätzlich für den Spektralbereich
der optischen Signale der Datensendeeinrichtung 210 eine
möglichst
hohe Reflexion an dem Linsensystem entsteht. Da durch können die
optischen Signale der Datensendeeinrichtung besonders effizient
in den Lichtleiter eingekoppelt werden.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind im Handstück 130 mechanische
Verstelleinrichtungen angebracht, die an ein Potentiometer oder
an elektrische oder optische Inkrementalgeber gekoppelt sind. Das
Potentiometer oder die elektrischen oder optischen Inkrementalgeber
geben über
eine elektronische Einrichtung die aktuellen Einstellungen der mechanischen
Verstelleinrichtungen an die Datensendeeinrichtung 210 weiter. Auf
diese Weise kann z. B. der Abstand des Handstücks zu einer Oberfläche und
damit die Laserspotgröße ermittelt
und dementsprechend die Laserleistung nachgeregelt werden. Alternativ
kann eine Abstandsmessung statt über
eine mechanische Verstelleinrichtung auch über einen berührungslosen
Sensor im Handstück
erfolgen.
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Zur Stromversorgung der Elektronik
für die Datensendeeinrichtung 210 sowie
für die
Bedieneinrichtung 140 notwendige Elektronik verfügt das Handstück über eine
Batterie bzw. über
eine wiederaufladbare Batterie. Alternativ wird eine kapazitätsgepufferte
Energieversorgung verwendet.
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Das Handstück muss zum einen ergonomische
Anforderungen erfüllen,
zum andern muss es entsprechend ermüdungsfrei handhabbar sein,
so dass das Gewicht des Handstücks
möglichst
gering gehalten werden muss. Daher findet als weitere Alternative
für die
Stromversorgung eine oder mehrere Photozellen Anwendung, die in
das Handstück
integriert sind und entweder vorhandenes Raumlicht zur Erzeugung
von elektrischer Energie benutzen und/oder einen Teil der reflektierten
Laserstrahlung.
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Die Position der Datensendeeinrichtung
ist so gewählt,
dass sie außerhalb
der numerischen Apertur (NA) des Lichtleiters liegt. Besonders vorteilhaft
ist eine Positionierung der Datensendeeinrichtung bzw. der LED,
so dass ein möglichst
großer
Anteil der am Linsensystem reflektierten optischen Signale der LED
bzw. Datensendeeinrichtung innerhalb der numerischen Apertur des
Lichtleiters liegen.
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3 zeigt
die schematische Darstellung der Einkoppeleinrichtung 350 einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die im Lasergerät erzeugte Laserstrahlung 360 wird über die
Einkoppeleinrichtung 350 mittels eines Linsensystems 320 entsprechend
der numerischen Apertur des Lichtleiters in den Lichtleiter 120 eingekoppelt.
Eine Datenempfangseinrichtung ist über einen teildurchlässigen dielektrischen
Spiegel 330 an die Einkoppeleinrichtung gekoppelt. Der
dielektrische Spiegel ist im Strahlengang des Lasers geneigt angebracht,
damit von der Datensendeeinrichtung 210 über den
Lichtleiter geleitete optische Signale aus dem Strahlengang der
Laserstrahlung zur Datenempfangseinrichtung hin abgelenkt werden.
Da es sich bei der Laserstrahlung um eine Laserstrahlung mit hoher
Intensität
handelt, ist dies auch notwendig, um die Datenempfangseinrichtung
nicht zu beschädigen.
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Die Beschichtung des dielektrischen
Spiegels 330 ist derart, dass unter Berücksichtigung der Neigung des
Spiegels zum Strahlengang der Laserstrahlung die Reflexion der Laserstrahlung
minimiert ist, um zum einen die Verluste gering zu halten und zum
anderen die umliegenden Elemente vor Schädigung durch Reflexe der intensiven
Laserstrahlung zu bewahren. Vorzugsweise ist die Beschichtung des
dielektrischen Spiegels auch dahingehend optimiert, dass für den Spektralbereich
der von der Datensendeeinrichtung gesendeten optischen Impulse die
Reflexion optimiert ist, um einen möglichst großen Anteil der optischen Signale
an die Datenempfangseinrichtung weiterleiten zu können. Dadurch
kann die Sendeleistung der Datensendeeinrichtung und damit der Strom-
bzw. Energieverbrauch der Datensendeeinrichtung reduziert werden.
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Die elektrischen Signale der Datenempfangseinrichtung 310 werden über eine
elektronische Schaltung an die Anzeige- oder Regeleinrichtung oder
an den Systemkontrollen im Lasergerät 110 weitergeleitet,
um die mittels der optischen Signale übertragenen Informationen in
entsprechende Steuer- bzw. Regelprozesse umzuwandeln. Vorzugsweise werden
mittels der optischen Signale der Datensendeeinrichtung Informationen
zur Einstellung der Laserleistung übertragen.
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Die Datenempfangseinrichtung 310 kann aus
einem handelsüblichen
lichtempfindlichen Sensor bestehen, der entweder für einen
breiten Spektralbereich sensitiv ist oder nur für bestimmte Spektralbereiche.
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Die bevorzugte Ausführungsform
ist nicht auf eine Datenkommunikation nur vom Handstück zum stationären Lasergerät beschränkt. Sie
kann auch für eine
Datenkommunikation vom stationären
Lasergerät
zum Handstück
verwendet werden.
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4 zeigt
anhand einer schematischen Darstellung die Auskoppeleinrichtung 250 einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird zusätzlich zu
der in 2 dargestellten
Ausführungsform
eine Datenempfangseinrichtung 410 an die Auskoppeleinrichtung
gekoppelt. Die Datenempfangseinrichtung 410 ist derart
positioniert, dass die aus dem Lichtleiter austretenden optischen
Signale einer Datensendeeinrichtung am Linsensystem 220 und 230 reflektiert
und in die Datenempfangseinrichtung abgelenkt werden. Auf diese
Art wird verhindert, dass die Datenempfangseinrichtung den optischen Strahlengang
der Laserstrahlung stört
und zum anderen die Datenempfangseinrichtung selbst durch die direkte
Laserstrahlung beschädigt
bzw. gestört wird.
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Die Datenempfangseinrichtung 410 kann aus
einem handelsüblichen
lichtempfindlichen Sensor bestehen, der alternativ für bestimmte
Frequenzbereiche besonders sensitiv ist. Darüber hinaus kann die Datenempfangseinrichtung
durch entsprechende optische Filter ergänzt werden, so dass nur optische Signale
eines bestimmten Spektralbereichs in den Detektionsbereich der Datenempfangseinrichtung gelangen
können.
Die Datenempfangseinrichtung ist vorzugsweise über einen Handstückkontroller
oder eine sonstige elektronische Schaltung mit einer entsprechenden
Anzeigeeinrichtung im Handstück
verbunden, mittels derer die über
die optischen Signale übertragenen
Informationen dargestellt werden können.
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Umgekehrt wandelt die Datenempfangseinrichtung 310 die
optischen Signale der Datensendeeinrichtung 210 in elektrische
Signale um. Die elektrischen Signale werden über eine elektronische Schaltung
an die Anzeige- oder Regeleinrichtung oder an den Systemkontroller
im Lasergerät
weitergeleitet, um die mittels der optischen Signale übertragenen
Informationen in entsprechende Steuer- bzw. Regelprozesse umzuwandeln.
Vorzugsweise werden mittels der optischen Signale der Datensendeeinrichtung
Informationen zur Regelung der Laserleistung übertragen. Dies erleichtert
die Handhabung des Lasersystems wesentlich, da alle wichtigen Informationen
innerhalb des Blickfeldes des Anwenders liegen.
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Die Anzeigeeinrichtung im Handstück kann z.
B. dafür
verwendet werden, die entsprechenden Anwendungsmodi anzuzeigen bzw.
entsprechend des Verwendungszwecks des Lasers eine entsprechende
Spotgröße der Laserstrahlung
sowie die entsprechende Laserintensität anzuzeigen. Die notwendigen
Informationen hierfür
können
von dem Lasergerät über eine
entsprechende Datensendeeinrichtung 510 über den
Lichtleiter an das Handstück übermittelt
werden.
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5 zeigt
die Einkoppeleinrichtung 350 der besonders bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform
wird zusätzlich
zu der in 3 dargestellten
Ausführungsform
eine Datensendeeinrichtung 510 über einen dielektrischen Spiegel 520 in den
Laserstrahl 360 eingekoppelt. Ähnlich wie der dielektrische
Spiegel 330 ist der dielektrische Spiegel 520 gegen
die Strahlrichtung der Laserstrahlung gekippt, um die von der Datensendeeinrichtung 510 gesendeten
optischen Signale in den Strahlengang des Lasers einzukoppeln und über das
Linsensystem 320 in den Lichtleiter 120 einzukoppeln.
Die dielektrische Beschichtung des dielektrischen Spiegels 520 ist derart,
dass die Reflexionsverluste der Laserstrahlung minimiert sind und
dadurch die Transmission der Laserstrahlung durch den geneigten
Spiegel optimiert ist. Vorzugsweise ist die dielektrische Beschichtung
des Laserspiegeλs
520 auch dahingehend optimiert, dass der dielektrische Spiegel 520 für den Spektralbereich
der von der Datensendeeinrichtung 510 erzeugten optischen
Signale besonders gut reflektiert.
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Alternativ kann für die Einkopplung der optischen
Signale der Datensendeeinrichtung 510 auch der dielektrische
Spiegel 330 verwendet werden, sowie das Linsensystem 320.
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In der besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden für die optischen Signale der
Datensendeeinrichtung 210 und 510 verschiedene
Spektralbereiche verwendet. Dadurch lassen sich zum einen die dielektrischen
Beschichtungen der verwendeten optischen Komponenten bezüglich ihres
Transmissions- und Reflexionsverhaltens optimieren, zum anderen
kann die Sendeleistung für
die Erzeugung der optischen Signale reduziert werden, was zur Energieeinsparung führt. Des
Weiteren können
für die
optischen Signale der Datensendeeinrichtung 210 und 510 anstelle
un terschiedlicher Spektralbereiche unterschiedliche Pulsfrequenzen
verwendet werden, um einen ausreichenden Störabstand der erzeugten optischen
Signale zu gewährleisten.
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Zur Stromversorgung der Elektronik
für die Datensendeeinrichtung 210 sowie
für die
Bedieneinrichtung 140 notwendige Elektronik verfügt das Handstück über eine
Batterie bzw. über
eine wiederaufladbare Batterie. Alternativ kann eine kapazitätsgepufferte
Energieversorgung verwendet werden. Das Handstück muss zum einen ergonomische
Anforderungen erfüllen,
zum anderen muss es entsprechend ermüdungsfrei handhabbar sein,
so dass das Gewicht des Handstücks
möglichst
gering gehalten werden muss. Daher wird in einer besonders bevorzugten
Alternative der vorliegenden Ausführungsform eine energiesparende
Elektronik verwendet, um das Gewicht für die Stromversorgung gering
zu halten und trotzdem vernünftige
Zeitdauern für
die Verwendung und Bedienung des Handstücks zu gewährleisten.
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In einer besonders bevorzugten Alternative der
besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird als Datensendeeinrichtung 510 ein
Pilotlaser verwendet, der optische Signale im sichtbaren Spektralbereich
erzeugt und zur Sichtbarmachung der im Lasergerät erzeugten Laserstrahlung
dient. Zur Übertragung
von Informationen über
optische Signale wird der Pilotlaser vorzugsweise gepulst betrieben.
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Alternativ werden zur Erzeugung der
optischen Signale in der Datensendeeinrichtung 510 eine
oder mehrere LEDs verwendet, die vorzugsweise gepulst betrieben
werden, um einen genügenden Störabstand
der erzeugten optischen Signale zu den anderen optischen Einflüssen zu
gewährleisten.
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Durch die Verwendung einer bestimmten Pulsfrequenz
der optischen Signale können
die übertragenen
Informationen von Störeinflüssen bzw.
von anderen optischen Signalen unterschieden werden. Dies gilt auch
für die
Datensendeeinrichtung 210, die in der besonders bevorzugten
Alternative für
die Übertragung
der optischen Signale eine bestimmte Pulsfrequenz verwendet, damit
sie von der Datenempfangseinrichtung 310 zuverlässig und
mit entsprechendem Störabstand
detektiert werden. Durch die Verwendung verschiedener Pulsdauer
und verschiedener Frequenzen der optischen Signale wird dadurch
eine zuverlässige
bidirektionale Kommunikation zwischen Lasergerät und Handstück über den Lichtleiter
realisiert, der vorrangig für
die Übertragung
intensiver Laserstrahlung verwendet wird.
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Des Weiteren wird in der besonders
bevorzugten Alternative der besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Datenempfangseinrichtung 310 zur
Messung von reemittierter Strahlung verwendet, die durch ein Bearbeiten von
Material mittels der erzeugten Laserstrahlung entsteht. Hierbei
wird der Effekt ausgenützt,
dass die bei der Bearbeitung von Material erzeugte reemittierte
Strahlung über
das Linsensystem 220 und 230 in der Auskoppeleinrichtung
in den Lichtwellenleiter 120 eingekoppelt wird und in der
Einkoppeleinrichtung 250 zwangsläufig auch über den dielektrischen Spiegel 330 in
die Datenempfangseinrichtung 310 reflektiert wird, da es
sich hierbei im Allgemeinen um eine Strahlung mit einem breiten
Spektralbereich handelt. Die Datenempfangseinrichtung 310 kann dabei
die Intensität
der reemittierten Strahlung messen und als elektrische Signale an
den Systemkontroller weiterleiten. Entsprechend kann der Systemkontrollen
die Laserleistung regulieren und alternativ entsprechende Informationen über die
Datensendeeinrichtung 510 an das Handstück senden.
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Bei einer Anwendung im medizinischen
Bereich ermöglicht
die besonders bevorzugte Alternative der besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung z. B. eine Variation der Laserspotgröße über die
Bedienelemente 140 bei gleichzeitiger manueller oder automatischer
Kontrolle der Lasertherapie über
die reemittierte Strahlung, ohne dass zusätzliche elektrische Kabel vom
Lasergerät zum
Handstück
geführt
werden müssen
oder störanfällige Funk-
oder Infrarot-Sender verwendet werden müssen. Bevorzugterweise wird
die Laserspotgröße, wie
bereits oben erwähnt,
automatisch erkannt, über eine
Elektronik ausgewertet und die Laserleistung automatisch entsprechend
nachgestellt.
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In einer weiteren Alternative der
besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das stationäre Lasergerät mit einer Ladestation für die wiederaufladbare
Batterie im Handstück
versehen. Die Ladestation ist derart gestaltet, dass es eine Halterung
für eine
lösbare
Befestigung des Handstücks
aufweist und sowohl in die Halterung als auch in das Handstück elektrische
Kontakte integriert sind, mittels derer die wiederaufladbare Batterie
geladen werden kann.
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Um das Handstück entsprechend der unterschiedlichen
Anwendungsmodi des Lasersystemsflexibel einsetzen zu können, ist
das Handstück
modular aufgebaut und je nach Verwendungszweck des Lasersystems
können
Elemente des Handstücks
ergänzt,
ausgetauscht oder abgenommen werden. Alternativ verfügen die
einzelnen Elemente des Handstücks über eine
optisch, elektronisch oder mechanisch auswertbare Identifizierungseinrichtung,
die bei der Befestigung der Elemente am Handstück über eine Leseeinheit im Handstück ausgelesen
wird und die Daten aus der Identifizierungseinrichtung an die Datensendeeinrichtung
im Handstück
weitergeleitet und zur Steuerung des Handstücks oder der Einrichtung zur
Erzeugung von Laserstrahlung verwendet werden. Dies ermöglicht es,
dass sich das Lasersystem automatisch auf bestimmte Anwendungsmodi einstellt
und damit Behandlungsfehler – bedingt durch
falsche Systemeinstellungen – minimiert
werden.
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6 zeigt
ein Flussdiagramm zur Steuerung der Laserleistung gemäß einer
Variante der besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Hierbei ist die Elektronik im Handstück mit einem elektronischen
Kontrollen (Handstückkontroller)
ausgestattet. Über
die Bedieneinrichtungen 140 im Handstück mit den Tasten „up" und „down",
werden Befehle zur Erhöhung
oder zur Reduzierung der Laserleistung an den Handstückkontroller übermittelt.
Der Handstückkontroller
sendet die entsprechenden elektrischen Signale an die Datensendeeinrichtung 210 im
Handstück.
Dort werden sie in optische Signale umgewandelt, in den Lichtleiter 120 eingekoppelt
und in der Einkoppeleinrichtung 350 von der Datenempfangseinrichtung 310 detektiert
und in elektrische Signale umgewandelt. Elektrische Signale werden
an den Systemkontrollen weitergeleitet, der die Leistung des Lasers
reduziert bzw. erhöht.
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Den aktuellen Wert der Laserleistung übermittelt
der Systemkontroller mittels elektrischer Pulse an den Pilotlaser,
der entsprechende optische Signale über den Lichtleiter an die
Datenempfangseinrichtung 410 im Handstück übermittelt, die dort detektiert werden
und als elektrische Signale an den Handstückkontroller weitergeleitet
werden. Dort wird dann z. B. der aktuelle Wert der Laserleistung
in der Anzeigeeinrichtung im Handstück angezeigt. Alternativ meldet
der Systemkontroller im Lasergerät
auch die Intensität
der gemessenen reemittierten Strahlung an den Handstückkontroller
weiter.
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Bevorzugterweise wird die Laserleistung
direkt am Faserende ermittelt, da auf diese Weise die emittierte
Laserleistung am zuverlässigsten
bestimmt werden kann. Die Laserleistung wird zusätzlich in der Anzeigeeinrichtung
im Handstück
angezeigt. Die Anzeige der Werte erfolgt fallweise kontinuierlich
oder ausschließlich
bei Überschreitung
eines bestimmten Wertes.
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7 und 8 zeigen anhand von Flussdiagrammen
den in 6 beschriebenen
Ablauf in Details. Durch die Betätigung
der entsprechenden Bedieneinrichtung 140 werden entsprechende
elektrische Signale an den Handstückkontroller übermittelt. Der
Handstückkontroller
wertet die elektrischen Signale aus und speichert sie in einem Zwischenspeicher.
Daraufhin wartet der Handstückkontroller
auf eine Systemanfrage vom Systemkontroller des Lasergeräts (Lasersystemkontroller)
mittels des Pilotlasers 510. Erfolgt die Anfrage des Lasersystemkontrollers,
generiert der Handstückkontroller
ein sogenanntes Telegramm und sendet das Telegramm mittels der im
Handstück
befindlichen Datensendeeinrichtung 210 und dem Lichtleiter 120 an
den Lasersystemkontroller. Erhält
der Lasersystemkontroller das Telegramm, vergleicht der Lasersystemkontroller eine
im Telegramm enthaltene Identifizierungsnummer, auch Kontonummer
genannt, mit bereits eventuell vorhandenen Identifizierungsnummern.
Ist die sogenannte Kontonummer dem Lasersystemkontroller bekannt,
werden die im Telegramm enthaltenen Steuerbefehle mit denen in dem
bereits bekannten Telegramm verglichen. Werden Änderungen bei den Steuerbefehlen
festgestellt, werden die aktuellen Steuerbefehle ausgeführt und
das Telegramm mit der identischen Kontonummer überschrieben.
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Ist dem Lasersystemkontroller die
Kontonummer des übermittelten
Telegramms noch nicht bekannt, wird die Überprüfung der Steuerbefehle übersprungen
und die entsprechende Ausführung der
Steuerbefehle sowie die Einstellung der notwendigen Parameter sofort
vorgenommen.
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Nach Ausführung der Steuerbefehle zur
Einstellung der neuen Parameter sendet der Lasersystemkontroller
eine Empfangsbestätigung
mittels Pilotlaser 510 an den Handstückkontroller. Der Handstückkontroller
empfängt
die Empfangsbestätigung und
löscht
das Telegramm im Zwischenspeicher.
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Über
einen solchen Steuerkreis ist es nicht nur möglich Parameter des Therapielasers
wie z. B. Laserleistung und Pulsdauer zu regeln, sondern auch optische
Komponenten zu steuern, wie z. B. die Ein- und Auskoppeleinrichtung,
um das Lasersystem an entsprechende Anwendungsmodi anzupassen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die aufgezählte
bevorzugte Ausführungsform
beschränkt,
sondern erstreckt sich auch auf die Kombination aller bevorzugten
Ausführungsformen.
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Des Weiteren beschränkt sich
die vorliegende Erfindung nicht auf den Bereich der medizinischen Anwendung,
sondern kann äquivalent
für Bereiche der
Materialbearbeitung sowie Materialanalyse verwendet werden.