DE4112275A1 - Vorrichtung zur photodynamischen therapie - Google Patents
Vorrichtung zur photodynamischen therapieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung mit einer Lampe als Licht
quelle, mit einer Lichtquellensteuerungsvorrichtung, mit einer Stromversor
gung, mit einem Reflektor, mit optischen Filterkomponenten und mit einer
Abbildungsoptik. Bestrahlungsvorrichtungen zur Photodynamischen Therapie
(PDT) finden in der Onkologie Verwendung, um in Tumoren, bei denen Licht
eines bestimmten Wellenlängenbereichs mit einem anregbaren Farbstoff photo
dynamisch zusammenwirkt, eine Nekrose herbeizuführen.
Bislang wird als Bestrahlungsvorrichtung zur PDT ein Lasersystem, in der
Hauptsache der Argon gepumpte Farbstofflaser bevorzugt. Die nötige Anre
gungsenergie von z. B. 100 Joule des Farbstoffes Hämatoporphyrinderivat
(HPD) bzw. Photofrin II bei einem Absorptionsnebenmaximum bei 630 nm
erfordert eine Bestrahlungsstärke von z. B. 100 mW/cm2 über 1000 sec. an der
Tumoroberfläche. Strahlquellenausgangsleistungen von bis zu 4 Watt bei 630 nm
genügten daher in den häufigsten Fällen. Diese Leistungsanforderungen,
und die Möglichkeit intrakorporale Applikationen mit angekoppeltem Licht
wellenleiter zu erschließen, ließen den Einsatz eines Lasersystems als Strahl
quelle wahrscheinlich werden.
Der erfolgreiche Therapieverlauf wird allerdings nicht durch typische Laser
eigenschaften, wie strenge Monochromasie oder Kohärenz der Laserstrahlung
begünstigt. Der für die PDT derzeit meist verwendete Argon Dye Laser hat
einen hohen Anschaffungspreis (ca. DM 180 000.- bis DM 220 000.-) und ist als
Lasertyp mit besonders hohen Betriebskosten bekannt. Es ist mit hohen jähr
lichen Service-, Reparatur- und Ersatzteilkosten (ca. DM 20 000.-) zu rechnen.
Aufgrund der geringen Zuverlässigkeit bzw. der häufig notwendigen Nach
justage und Reinigung der optischen Komponenten, wird in Kliniken oftmals
die Planstelle eines Lasertechnikers erforderlich.
Das Absorptionsspektrum der photosensiblen Substanz zeigt im genutzten
Nebenmaximum bei 630 nm keine schmalbandige Spitze, sondern eine breitere
Bande ähnlich der Glockenkurvencharakteristik. Durch jeweilig unterschiedli
che physiologische Bedingungen, ist mit patientenindividuell abhängigen Wel
lenlängenverschiebungen der maximalen Absorption um wenige Nanometer
zu rechnen. Dies hat zur Folge, daß eine Halbwertsbreite von zumindest +/- 5
nm uni 630 nm des anregenden Lichtes therapeutisch ebenso sinnvoll ist wie
630 nm monochromatischer Laserstrahlung. Je größer allerdings die Bandbreite
des Anregungslichtes ist, desto mehr Lichtleistung wird erforderlich sein, um
einen mit monochromatischer Anregung vergleichbaren photodynamischen
Therapieerfolg zu erzielen. Bei welcher maximalen Bandbreite allerdings der
photodynamische den hyperthermen Effekten - infolge höherer notwendiger
Strahlungsenergiedepositionen im Tumorgewebe - sinnvoll eindeutig über
wiegt, muß eine experimentelle Studie zeigen.
Diese Zusammenhänge legen eine Abkehr vom Lasersystem als Bestrahlungs
vorrichtung und eine Zuwendung zur lichttechnischen Lösung nahe. Bisherige
Versuche für die PDT eine Lampe zu verwenden, waren aus folgenden Grün
den eher gescheitert. Die gewählte Bandbreite des anregenden Lichtes war zu
groß, (d. h. < 60 nm). Es ist mit hyperthermen Effekten zu rechnen. Oder: die
Bandbreite der Filteranordnung war schmalbandig, hatte aber eine zu kurze
Lebensdauer. Absorbierende Filterkomponenten erwärmten sich, und leiteten
derart ihre Selbstzerstörung ein.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem, auf das sich sämtliche Patent
ansprüche beziehen ist, eine eher schmalbandige und effiziente Filterung zu
ermöglichen. Bei einem üblicherweise breiteren Emissionsspektrum einer z. B.
1 Kilowatt Lampe (z. B. weißer Strahler) würde weniger als 4% der gesamten
abgestrahlten Energie genutzt. Eine effiziente Filterung (hohe Trans
missions- bzw. Reflexionsgrade und somit geringe Eigenerwärmung der Filter
komponenten) ist somit unabdingbar. Dichroitisch beschichtete Farbteiler erfüllen diese
Bedingung sehr gut. Mit den Ansprüchen 1 und 2 wird durch Kombination
von Langpaßfilter und Kurzpaßfilter solcher Farbteiler eine Bandpaßcharak
teristik des therapeutisch relevanten Wellenlängenbereiches erzeugt. Beide
Ansprüche unterscheiden sich darin, ob der transmittierte Anteil (Anspruch 1)
oder der reflektierte Anteil (Anspruch 2) des Lampenlichtes nutzbar gefiltert
wird. Abhängig von der gewünschten Bandbreite (z. B. größere Bandbreite, da
breitbandig absorbierender Farbstoff verwendet wird), des Emissionsspek
trums der Lichtquelle (z. B. bereits selektiv therapeutisch relevant emittierende
Lampe) und der anderen Filterkomponenten (z. B. mit zum Farbteiler entgegen
gesetzter Charakteristik eines Absorptionskantenfilters) kann bereits mit einem
dichroitisch beschichteten Farbteiler eine effiziente Filterung möglich sein (An
spruch 3). Überdies sind dichroitische Beschichtungen erwerbbar, die zwar als
Langpaßfilter oder Kurzpaßfilter vom Hersteller bezeichnet werden, dabei
kann aufgrund eines begrenzt herstellbaren Transmissionsbereiches oder Refle
xionsbereiches funktionell eine Bandpaßcharakteristik gegeben sein (Anspruch
3). Anspruch 4 beinhaltet, daß die in den vorhergehenden Ansprüchen be
schriebenen Filtercharakteristiken nicht auf gesonderten dichroitischen Strahl
teilerplättchen im 45 Grad Winkel zur optischen Achse oder auf anderem reali
siert sind, sondern ganz oder zum Teil bereits auf dem Reflektor der Licht
quelle aufgetragen ist. (Definition Reflektor hier: Vorrichtung zum Sammeln
und Zurückwerfen von Lichtstrahlen in einer bestimmten Richtung. Die geo
metrische Form könnte elliptisch, paraboloid oder aspährisch sein.) Ein Inter
ferenzfilter nach Anspruch 5 kann - hohe Transmission des Durchlaßbereiches
vorausgesetzt - eine sinnvolle Ergänzung darstellen. Weiterhin könnten un
erwünschte spektrale Durchlaßbereiche durch Interferenzfilter abgeblockt wer
den. Hierzu sind auch Absorptionsfilter (Anspruch 6) geeignet. Außerdem
sind Absorptionskantenfilter bei Bedingungen wie bei den zu Anspruch 3
erläuterten, gut einsetzbar. Insbesonders sich zu stark erwärmende Absorp
tionsfilter sollen, sofern sie wohl unverzichtbar sind, nach Anspruch 7 wasser
gekühlt werden.
Ein weiteres, der in allen Ansprüchen angegebenen Erfindung zugrunde lie
gendes Problem ist, die Kosten, die mit der Bestrahlungsquelle Laser gegen
über der Lampe verbunden sind, drastisch zu verringern, die Zuverlässigkeit
zu erhöhen, die Bedienerfreundlichkeit und die Handhabbarkeit (geringes
Gerätevolumen) zu steigern.
Ein Ausführungsbeispiel soll im folgenden näher beschrieben werden. Von
zentraler Bedeutung für die weitere Ausstattung der Bestrahlungsvorrichtung
ist die Auswahl des Lichtquellentyps. Es wird vom derzeitigen medizinisch
technischen Stand der Dinge ausgegangen. Der Farbstoff Photofrin II legt so
mit den benötigten Wellenlängenbereich um 630 nm fest. Weiterhin soll die
Option für intrakorporale Anwendungen durch ein Lichtwellenleiter (LWL)-System
gegeben sein. Die Lichtquelle muß somit um 630 nm ausgeprägt emit
tieren und eine hohe Leuchtdichte besitzen. Den Anforderungen genügen u. a.
Xenon-Kurzbogengasentladungslampen, Halogen-Metalldampflampen, Zinn
halogenid-Lampen, Halogenlampen mit Xenon Füllgas und besonders dotierte
Füllgase für Halogen- oder Gasentladungslampen im Leistungsbereich bis 1.2
Kilowatt.
Die Wahl trifft hier die Xenon-Kurzbogengasentladungslampe mit 1 kW. Sie
wird in waagrechter Brennlage, in der optischen Achse liegend eingebaut. Der
Parabolreflektor ist dichroitisch beschichtet gemäß Anspruch 2. Als Abbil
dungsoptik kommt u. a. für LWL-einkopplung eine Kondensorlinse oder die
Mikroskopobjektivoptik in Frage, für extrakorporale Anwendung ist z. B. prin
zipiell eine Diaprojektorabblidungsoptik oder eine Bikonvexlinse geeignet. Die
Wahl trifft hier die Bikonvexlinse. Danach folgen im optischen Strahlengang
Absorptionslangpaßfilter und Absorptionskurzpaßfilter, um die Blockungs
qualität zu erhöhen.
Ein Lüfter kann seitlich zur optischen Achse oder hinter dem Reflektor sein,
falls die spezielle Lichtquelle eine forcierte Kühlung benötigt. Die Xenon-Kurz
bogenlampe kann mit käuflich erwerbbarem Vorschalt- und Zündgerät betrie
ben werden. Eine Glättungseinrichtung im Vorschaltgerät sorgt für eine gleich
mäßig hohe Lichtleistung. Die Stromversorgung ist vom Netz entkoppelt (gal
vanische Trennung) und durch Entstörfilter (Kondensatoren) weiterhin von
äußeren Netzschwankungen unabhängig. Das elektrische System ist gegen
Kurzschluß durch eine Sicherung geschützt. Auf der Bedientafel wird der
Hauptschalter mittels eines Schlüssels betätigt. Eine Siliziumphotodiode mißt
die per Druckknopf eingestellte Strahlleistung, die über ein LCD-Display ange
zeigt wird.
Das Gehäuse entspricht den Auflagen der MedGV. Es ist derart konstruiert,
daß die Umgebung vor UV-Strahlung, Streustrahlung und direkter Blendung
durch den Lichtbogen geschützt ist. Bei Zerstörung der Lampe treten keine
Glassplitter aus. Ein Schalter schaltet die Stromversorgung bei Öffnen des Ge
häuses selbständig ab.
Claims (7)
1. Bestrahlungsvorrichtung mit einer Lampe als Lichtquelle, mit einer Licht
quellensteuerungsvorrichtung, mit einer Stromversorgung, mit einem Reflek
tor, mit optischen Filterkomponenten und mit einer Abbildungsoptik,
dadurch gekennzeichnet, daß die am Austritt emittierte Strah
lung mit ausreichender Leistung und im therapeutisch relevanten Wellenlän
genbereich, das heißt wirksam, zur Bestrahlung von beispielsweise Tumoren
nach dem Wirkungsprinzip der Photodynamischen Therapie (PDT) geeignet
ist, wobei die optischen Filterkomponenten wenigstens je einen dichroitisch be
schichteten Farbteiler mit Langpaßcharakterristik unterhalb des therapeutisch
relevanten Wellenlängenbereiches und mit Kurzpaßcharakterristik oberhalb
des therapeutisch relevanten Wellenlängenbereiches enthalten.
2. PDT wirksame Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die optischen Filterkomponenten wenigstens je
einen dichroitisch beschichteten Farbteiler mit Langpaßcharakterristik oberhalb
des therapeutisch relevanten Wellenlängenbereiches und mit Kurzpaßcharak
terristik unterhalb des therapeutisch relevanten Wellenlängenbereiches enthal
ten.
3. PDT wirksame Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß zur Erzielung der Bandpaßcharakteri
stik des therapeutisch relevanten Wellenlängenbereiches wenigstens ein di
chroitischer Farbteiler beiträgt.
4. PDT wirksame Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1,2, oder 3, da
durch gekennzeichnet, daß der erste Reflektor des Lichtquellen
bildes mittels dichroitischer Beschichtung zumindest einen Teil des therapeu
tisch relevanten Wellenlängenbereiches mit Filtercharakteristik wie in An
spruch 1, 2 oder 3 reflektiert.
5. PDT wirksame Bestrahlungsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprü
chen, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich wenigstens ein
Interferenzfilter zur Bandpaßcharakteristik des therapeutisch relevanten Wel
lenlängenbereiches beiträgt.
6. PDT wirksame Bestrahlungsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprü
chen, dadurch gekennzeichnet, daß die dichroitisch beschichte
ten Lang- und Kurzpaßfilter ganz oder teilweise durch die entsprechenden
Absorptionslangpaßfilter und Absorptionskurzpaßfilter ersetzt werden.
7. PDT wirksame Bestrahlungsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprü
chen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bandpaßcharakteristik
des therapeutisch relevanten Wellenlängenbereiches dienende optische Filter
komponenten wassergekühlt sind.
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