DE4112275A1 - DEVICE FOR PHOTODYNAMIC THERAPY - Google Patents
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Abstract
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.The invention relates to an irradiation device with a lamp as light source, with a light source control device, with a power supply gung, with a reflector, with optical filter components and with a Imaging optics. Irradiation devices for photodynamic therapy (PDT) are used in oncology to treat tumors in which light of a certain wavelength range with a stimulable dye photo dynamically interacts to cause necrosis.
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.So far, a laser system, mainly the argon-pumped dye laser, has been preferred as the radiation device for the PDT. The necessary excitation energy from z. B. 100 joules of the dye hematoporphyrin derivative (HPD) or Photofrin II at an absorption maximum at 630 nm requires an irradiance of z. B. 100 mW / cm 2 over 1000 sec. On the tumor surface. Beam source output powers of up to 4 watts at 630 nm were therefore sufficient in the most common cases. These performance requirements, and the possibility of developing intracorporeal applications with a coupled optical fiber, made the use of a laser system as a beam source probable.
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. However, the successful course of therapy is not achieved by typical lasers properties such as strict monochromaticity or coherence of the laser radiation favored. The argon dye laser currently used most for the PDT has a high purchase price (approx. DM 180 000.- to DM 220 000.-) and is considered Laser type known with particularly high operating costs. It is with high year service, repair and spare parts costs (approx. DM 20,000). Because of the low reliability or the often necessary after Adjustment and cleaning of the optical components is often done in clinics the position of a laser technician is required.
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.The absorption spectrum of the photosensitive substance shows in the used In addition to the maximum at 630 nm, not a narrow-band tip, but a wider one Band similar to the bell curve characteristic. By differing in each case che physiological conditions, is with patient-dependent dependent wel length shift of the maximum absorption by a few nanometers to count. As a result, a half-width of at least +/- 5 nm uni 630 nm of the stimulating light is therapeutically just as useful as 630 nm monochromatic laser radiation. However, the wider the bandwidth of excitation light, the more light output will be required to a photodynamic comparable to monochromatic excitation Achieve therapy success. At what maximum bandwidth, however photodynamic the hyperthermic effects - due to higher necessary Radiation energy depositions in tumor tissue - meaningfully clearly over an experimental study must show.
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.These relationships place a departure from the laser system as radiation device and a donation to the lighting solution. Previous Attempts to use a lamp for the PDT were of the following green which rather failed. The chosen range of exciting light was closed large, (i.e. <60 nm). Hyperthermic effects can be expected. Or: the The bandwidth of the filter arrangement was narrow-band, but it was too short Lifespan. Absorbent filter components warmed up and conducted her self-destruction.
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. The problem underlying the invention, to which all patents claims, is a rather narrow-band and efficient filtering enable. With a usually wider emission spectrum of e.g. B. 1 kilowatt lamp (e.g. white spot) would be less than 4% of the total radiated energy used. Efficient filtering (high trans degrees of mission or reflection and thus low self-heating of the filter components) is therefore essential. Dichroic coated color dividers meet this Condition very good. With claims 1 and 2 is by combination of long-pass filters and short-pass filters of such color dividers a bandpass character teristics of the therapeutically relevant wavelength range. Both Claims differ in whether the transmitted portion (claim 1) or the reflected portion (claim 2) of the lamp light is usably filtered becomes. Depending on the desired bandwidth (e.g. larger bandwidth, because broadband absorbent dye is used), the emission spec strums of the light source (e.g. already selectively emitting therapeutically relevant Lamp) and the other filter components (e.g. counter to the color divider set characteristic of an absorption edge filter) can already with a efficient filtering may be possible in dichroic coated color dividers (An Proverb 3). In addition, dichroic coatings can be purchased, although as Long pass filters or short pass filters are designated by the manufacturer can be due to a limited range of transmission or reflect functionally a bandpass characteristic can be given (claim 3). Claim 4 includes that be in the preceding claims wrote filter characteristics not on a separate dichroic beam divider plate at a 45 degree angle to the optical axis or on another reali are based, but in whole or in part already on the reflector of the light source is applied. (Definition of reflector here: device for collecting and reflecting light rays in a certain direction. The geo metric form could be elliptical, paraboloid or aspherical.) An inter Ferenzfilter according to claim 5 can - high transmission of the pass band provided - represent a meaningful addition. Furthermore, un desired spectral passband blocked by interference filter who the. Absorption filters (claim 6) are also suitable for this. Furthermore are absorption edge filters in conditions such as those in claim 3 explained, well applicable. In particular, the absorber heats up too much tion filters should, if they are indispensable, according to claim 7 water be cooled.
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.Another, the basis of the invention specified in all claims problem is the cost of using the laser radiation source connected across the lamp to drastically reduce reliability to increase the user friendliness and the manageability (low Device volume).
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.An embodiment will be described in more detail below. From of central importance for the further equipment of the radiation device is the selection of the light source type. It becomes medical from the current state of the art. The dye Photofrin II sets like this with the required wavelength range around 630 nm. Furthermore, the Option for intracorporeal applications through an optical fiber (LWL) system be given. The light source must therefore be pronounced around 630 nm animals and have a high luminance. The requirements meet u. a. Xenon short arc gas discharge lamps, metal halide lamps, tin halide lamps, halogen lamps with xenon filling gas and specially doped Filling gases for halogen or gas discharge lamps in the power range up to 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.The choice here is the xenon short-arc gas discharge lamp with 1 kW. they is installed in a horizontal burning position, lying in the optical axis. The Parabolic reflector is dichroically coated according to claim 2. As Abbil optics comes u. a. for fiber optic coupling a condenser lens or the Microscope lens optics in question, for extracorporeal application z. B. prin A slide projector optic or a biconvex lens are suitable. The The biconvex lens is the choice here. Then follow in the optical beam path Absorption long pass filter and absorption short pass filter to block increase quality.
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.A fan can be to the side of the optical axis or behind the reflector, if the special light source requires forced cooling. The xenon short arc lamp can be operated with a commercially available ballast and ignitor be. A smoothing device in the ballast ensures the same moderately high light output. The power supply is decoupled from the network (gal vanic separation) and by interference filters (capacitors) from external network fluctuations independently. The electrical system is against Short circuit protected by a fuse. On the control panel, the Main switch operated using a key. A silicon photodiode measures the beam power set at the push of a button, which is indicated on an LCD display shows.
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.The housing complies with the requirements of the MedGV. It is constructed that the environment from UV radiation, scattered radiation and direct glare is protected by the arc. If the lamp is destroyed, none will occur Broken glass. A switch switches the power supply when the Ge opens home independently.
Claims (7)
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