AT390376B - Bestrahlungsanordnung und verfahren zur stimulierung biologischer prozesse - Google Patents
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Description
Nr. 390 376
Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungsanordnung zur Stimulierung biologischer Prozesse, die bei der Zellaktivität auftreten, mit einer Lichtquelle, welche ein inkohärentes Lichtbündel mit Spektralkomponenten oberhalb 300 nm Wellenlänge abgibt und mit einem optischen System im Strahlengang des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtes, um die Lichtstrahlen in eine gegebene Behandlungsrichtung zu lenken. Fernerhin betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Stimulierung biologischer Prozesse, die bei der Zellaktivität auftreten, jedoch nicht zur therapeutischen Behandlung des menschlichen oder tierischen Körpers, wobei der zu stimulierende Bereich mit inkohärentem Licht mit Spektralkomponenten oberhalb 300 nm Wellenlänge bestrahlt wird.
Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 27 17 233 bekannt. Hier erfolgt die Bestrahlung mittels einer quasi-monochromatischen Lichtquelle, welche unpolarisiertes, inkohärentes Licht auf die zu behandelnde Körperoberfläche abgibt. Die quasi-monochromatischen Eigenschaften sind durch Einsetzung spezieller Filterelemente gewährleistet.
Allerdings können die erzielten Stimulierungsergebnisse nicht voll befriedigen, wie dies beispielsweise bei kohärentem Laserlicht der Fall ist Die Bestrahlung einer lebenden Oberfläche mit Laserlicht hat nämlich einen relativ wirksamen biostimulierenden Effekt Der Heileffekt der Behandlung mit Laserlicht hat bereits eine sehr große Literatur. Eine Zusammenfassung der Versuche ist neben anderen Veröffentlichungen, z. B. in der Arbeit von Prof. Endre Mester "Laser Application in Promoting of Wound-Healing" enthalten, die in der Ausgabe von 1980 "Laser in Medicine" veröffentlicht ist (herausgegeben von H.K. Koebner, Wiley Interscience Publ. 1980). Auch eine andere Aibeit von Prof. Endre Mester: "Der Laser" kann als eine Zusammenfassung seiner Versuche aufgefaßt werden (herausgegeben von K. Dinstl undP.L. Fischer, Springer-Verlag, 1981).
Der Heileffekt des Laserlichtes wird hauptsächlich im Heilen von hartnäckigen Wunden und Ulcera augenscheinlich. Es ist allgemein bekannt, daß derartige langwierige Ulcera sich ziemlich häufig bei älteren Personen entwickeln, die unter cardiovaskulären Schwierigkeiten leiden. Hartnäckige Wundstellen entwickeln sich auch als Folge eines längeren Dekubitus.
Im Verlaufe der Behandlung mit Laserlicht wird dieses mittels eines Prismas, eines Spiegels oder einer Faseroptik auf die Wunde gerichtet und die gesamte Oberfläche der Wunde wird von dem entsprechend abgelenkten
Strahl überstrichen. Die spezifische Intensität des Strahles liegt zwischen 20 und 150 mW/cirr und die maximale Energiedichte wird auf etwa 4 J/cm eingestellt. Die Behandlung ist üblicherweise periodisch, sie wird im allgemeinen zweimal wöchentlich durchgeführt und die durchschnittliche Zeit der Heilung wird mit etwa 10 bis 12 Wochen angenommen.
Es gibt eine große Anzahl von sich gegenseitig widersprechenden Theorien, die versuchen, den biostimulierenden Effekt des Laserlichtes zu erklären; keine von ihnen konnte jedoch eine wissenschaftlich annehmbare Erklärung liefern. Auf der Basis der veröffentlichten Ergebnisse hätte Laserlicht ein weites Anwendungsfeld, praktische Erfahrungen zeigen jedoch, daß es nicht in einem derartigen Ausmaß zur allgemeinen Anwendung kommt, das ihm aufgrund seiner Wirksamkeit zukommt.
Es gibt verschiedene Gründe, die die Übernahme dieser Behandlung im großen Ausmaß verzögern, einer dieser Gründe könnte darin liegen, daß der Aufbau der kontinuierlich betriebenen Laser, die die gewünschte Leistung abgeben und den gewünschten Strahlendurchmesser aufweisen, ziemlich kompliziert ist, und neben der künstlichen technischen Umgebung benötigen sie auch spezielle Fachkenntnisse während der Herstellung.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die eingangs genannte Anordnung und das genannte Verfahren so anzugeben, daß sie einen verbesserten biostimulierenden Effekt hervorrufen können, der jenem von Laserlicht wenigstens äquivalent ist, ohne die mit der Erzeugung von Laserlicht verbundenen technischen Schwierigkeiten.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Bestrahlungsanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung ein linear polarisiertes Licht aufweist. Die erfindungsgemäßen Merkmale des Verfahrens liegen darin, daß die Bestrahlung mit einem linear polarisierten Licht erfolgt, daß die vorbestimmte spezifische Ausstrahlung auf einen
Wert zwischen 20 und 150 mW/cm2 eingestellt wird, daß die Bestrahlung in intermittierenden Perioden Λ durchgeführt wird und daß die während jeder Periode aufgebrachte Energie höchstens 5 J/cntr beträgt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist als Ausgangspunkt überlegt worden, daß im physiologischen Zustand die Lipiddoppelschicht der Zellmembran in einer Phase ist, die jener von flüssigen Kristallen ähnlich ist. Von der Wechselwirkung zwischen polarisiertem Licht und Flüssigkristallen ist es bekannt, daß oberhalb einer gewissen Intensitätsschwelle polarisiertes Licht eine Zustandsänderung in Flüssigkristallen einleiten kann. Es ist angenommen worden, daß polarisiertes Licht mit gewissen Eigenschaften die polaren Enden der Lipiddoppelschicht der Zellmembran umordnen kann oder einen derartigen Umordnungsprozeß einleiten kann. Es ist auch erwartet worden, daß eine derartige innere Neuordnung eine bemerkenswerte Änderung der Zellprozesse mit sich bringt, die mit der Zellmembran Zusammenhängen oder durch diese hindurchwiiken.
Das Wesen der Erfindung ist die Erkenntnis, daß der biostimulierende Effekt in erster Linie der Verwendung von polarisiertem Licht und nicht so sehr der des Laserlichtes zuzuschreiben ist, wobei letzteres einen derartigen Effekt hat, da es in aller Regel eine Form von polarisiertem Licht ist. Infolgedessen kann normales inkohärentes Licht ebenfalls einen biostimulierenden Effekt auslösen, vorausgesetzt, daß es linear polarisiert ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die spezifische Ausstrahlung des bestrahlenden Lichtes auf einen -2-
Nr. 390 376 Λ
Wert zwischen 20 und 150 mW/cnr" eingestellt.
Das für die Behandlung verwendete bestrahlende Licht sollte eine kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche Spektralverteilung wenigstens im Wellenlängenbereich von 400 bis 700 nm haben.
Das Licht sollte dabei im wesentlichen parallele Strahlen aufweisen. Vorzugsweise beträgt die Größe des 9
Strahlungsaustrittes wenigstens 3 cm .
Bei einer Anordnung, bei der die Lichtquelle eine Lampe ist, die inkohärentes Licht oberhalb von 300 nm Wellenlänge abgibt, kann erfindungsgemäß zum Erzeugen der polarisierten Lichtstrahlen ein Polarisator in den Stiahlengang eingebracht sein.
Der Polarisator kann ein Polarisationsfilter oder ein Spiegelpolarisator sein, der aus mehreren transparenten, planpaiallelen Platten hergestellt ist, wodurch die Wirksamkeit der Polarisation vergrößert wird.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Reflektorfläche hinter dar Lampe angeordnet, um die nach hinten abgegebenen Strahlen nach vorne zu reflektieren. Die Reflektorfläche kann aus einem kalten Spiegel bestehen, der vorzugsweise eine sphärische Form oder die Form eines Rotationsparaboloides hat Die Lichtquelle kann eine Metallhalogenlampe sein.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist vorzugsweise ein rohrförmiges Gehäuse mit einer Länge auf, die ausreicht, um dem Austritt von divergierende direkten Lichtstrahlen mit einem Streuwinkel von mehr als 15 ° zu verhindern. Hinter der Reflektorfläche ist ein Ventilator vorgesehen, um eine ausreichende Kühlung zu geben.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das optische System Linsen. Dabei ist eine Linse mit einem Überzug vor der Reflektorfläche und der Lampe angeordnet, wobei die Linse bzw. der Überzug aus einem Infrarot- bzw. Ultraviolettstrahlen absorbierendem Material oder umgekehrt hergestellt ist Bei einer anderen Ausführungsform hat die Reflektorfläche die Form eines Rotationsparaboloides und die Lampe befindet sich in dessen Brennpunkt, wobei vor der Lampe eine Preßglasplatte angeordnet ist, die eine sphärische Spiegelfläche aufweist und mit der Reflektorfläche verbunden ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Lampe und die Reflektorfläche an einem Ende des rohrförmigen Gehäuses und ein Spiegelpolarisator am anderen Ende des rohrförmigen Gehäuses vorgesehen, wobei der Polarisator eine Ebene auf weist, die zum durch das Gehäuse hindurchtietenden Lichtstrahl derart geneigt ist, daß der Auftreffwinkel der Lichtstrahlen auf diese Ebene des Polarisators gleich ist dem Brewsterschen Winkel. Vorzugsweise ist neben dem rohrförmigen Gehäuse ein zweites Gehäuse angeordnet, wobei Öffnungen in den Seitenwänden der beiden Gehäuse vorgesehen sind, um den Durchtritt der vom Spiegelpolarisator reflektierten Lichtstrahlen zu ermöglichen, und das zweite Gehäuse weist einen Spiegel im Strahlengang der reflektierten Lichtstrahlen und in einer geneigten Ebene auf, um diese Strahlen parallel zur optischen Achse des ersten Gehäuses auszurichten.
Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Stimulierung biologischer Prozesse, die bei da- Zellaktivität auftreten, jedoch nicht zur therapeutischen Behandlung des menschlichen oder tierischen Körpers, wobei eine Fläche, an bzw. auf der der biologische Prozeß abläuft, mit inkohärentem Licht mit Spektralkomponenten oberhalb 300 nm Wellenlänge bestrahlt wird, wobei das Neue an diesem Verfahren darin besteht, daß die Bestrahlung mit einem linear polarisierten Licht erfolgt, daß die vorbestimmte spezifische Ausstrahlung auf einen
Wert zwischen 20 und 150 mW/cm eingestellt wird, daß die Bestrahlung in intermittierenden Perioden durchgeführt wird und daß die während jeder Periode aufgebrachte Energie höchstens 5 J/cm beträgt.
Eine besondere Ausführungsart des Verfahrens für die Stimulierung biologischer Prozesse besteht darin, daß dann, wenn die Querschnittsfläche des bestrahlenden Lichtes geringer ist als die zu bestrahlende Fläche, die Bestrahlung durch eine relative Verschiebung des Lichtstrahles gegenüber der zu bestrahlenden Fläche erfolgt, wobei zuerst Umfangsteile der Fläche bestrahlt werden und dann entlang kreisförmiger konzentrischer Wege eine Annäherung an den Mittelteil erfolgt.
Der stimulierende Effekt der Behandlung mit polarisiertem Licht auf die Heilung von Wunden, wie dies bei der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird, kann wirksam bewiesen werden, wenn man die Erfahrungen beschreibt, die man während einer derartigen Behandlung von chronischen Wunden macht, die jahrelang bestanden haben.
Infolge der Behandlung begannen die chronischen Wunden zu heilen, wobei sie zuerst gereinigt wurden, dann ihre Sekretion verringerten und schließlich vollständig verschwanden. An den Basen der Wunden erschienen die Enden von Blutgefäßen und dann begann an den Rändern eine Epithelisierung. Der Heilungsprozeß war kontinuierlich, die Basen der Wunden wurden aufgefüllt und sie heilten dann in einigen Fällen nach einer Verkrustung.
Auf der Basis von zytologischen Untersuchungen von Abstrichen, die man von der Wundsekretion vor und nach jeder Behandlung gemacht hat, können die Bestrahlungseffekte mit polarisiertem Licht, wie folgt, zusammengefaßt werden.
Die Bestrahlung vergrößerte den Anteil von gesunden Leukozyten, die zur Phagozytose fähig sind, gegenüber den nekrotischen.
Nicht nur die Zahl der phagozytischen Leukozyten, sondern auch die Intensität der Phagozytose vergrößerten sich beträchlich. Diese Steigerung in der Intensität ergab sich sowohl aus der sehr stark vergrößerten Zahl von Bakterien, die durch die jeweiligen Leukozyten abgebaut wurden, als auch aus dem höheren Prozentsatz von -3-
Nr. 390 376 gesunden und phagozytischen Leukozyten in der Gesamtzahl der Leukozyten.
Nach einer geringen Anzahl von Behandlungen traten in den Abstrichen die Zellen, die am immunologischen Schutz teilnehmen, nämlich die eosinophilen Zellen, Lymphozyten und Monozyten, auf.
Sowohl die Menge als auch die Güte der Granula im Zytoplasma der Zellen änderte sich unter der Wirkung der 5 Behandlung beträchtlich, was durch das Auftreten von klar sichtbaren Granula demonstriert wird.
Die Menge der Fibrinfasem, die im Abstrich ursprünglich nicht oder kaum wahrnehmbar vorhanden waren, vervielfachte sich unter der Wirkung der Behandlung, und die ursprünglich dünnen Fibrine mit einer Tendenz zur Desintegration, nahmen sowohl in Länge als auch Dicke zu und ordneten sich oft in Bündeln an.
Aufgrund der Behandlung änderte sich die Zusammensetzung der Immunoproteine in der Sekretion, was auch 10 den Beginn und die Aktivierung des humoralen Schutzes beweisen könnte. Die Bestrahlung mit polarisiertem Licht erleichterte das quantitative Wachstum der Immunqproteine selbstverständlich in verschiedenem Ausmaß im Falle von verschiedenen Fraktionen. Das höchste mittlere Wachstum wurde beim Immunoglobulin M festgestellt, und zwar etwa + 85 %, verglichen mit dem Mittelwert vor der Behandlung, wohingegen der geringste Anstieg von etwa + 21 % bei der Immunoglobulin-A-Fraktion auftrat. 15 Die hierin beschriebenen biologischen Effekte haben eine enge Beziehung mit dem Phasenübergang, der mit der Änderung der Struktur der Lipiddoppelschicht der Zellmembran verbunden ist, d. h. mit dem Effekt von polarisiertem Licht, der auf die Lipiddoppelschicht ausgeübt wird. Dies kann durch die Annahme erklärt weiden, das die Antigenstrukturen in der Nähe der Immunzellen unter der Wirkung des polarisierten Lichtes eine Immunwirkung hervorrufen können, indem eine nichtspezifische Wirkung in den Immunzellen eingeleitet wird, 20 oder die Sensitivität der Inmunzellen vergrößert wird, was unter anderem zur Heilung der Wunden beitragen kann.
Wenn polarisiertes Licht die Membranstruktur der Lymphozyten ändert, dann verstärkt dies die Aktivität der Rezeptoren der Lymphozyten einerseits und andererseits kann die Änderung der Membranstruktur direkt das zyklische Adenosinmonophosphat aktivieren, das den energieeizeugenden Prozeß der Zellen einleiten kann. Diese beiden Effekte können eine lokale immunologische Wirkung hervorrufen. 25 Im Verlaufe der eingeleiteten Immunwirkung werden Lymphokine freigesetzt, die fähig sind, eine immunologische Kettenreaktion zu beginnen. Diese Kettenreaktion umfaßt die Bildung des Faktors MIF (Migration Inhibiting Factor), der die Wanderung der Makrophagen verhindert, des Faktors MCF (Monocyte Chemotactic Factor), des Faktors NCF (Neutrophile Chemotactic Factor) und des Faktors ECF (Eosinophile Chemotactic Factor), und diese Faktoren zusammen ziehen die Monocyten, neutrophilen Granutozyten und 30 eosinophilen Zellen zu dem betroffenen Bereich.
Infolgedessen werden die erwähnten Zellen zu diesem besonderen Bereich wandern.
Aufgrund der Änderungen in der Membranstruktur wird die Menge des Faktors SRF (Skin Reaction Factor), der die Permeabilität der Blutgefäße vergrößert, steigen, so daß dies die Zirkulation und auf diese Weise den Transport der Schutzstellen im Blutstrom zum Wundbereich erleichtert. Die beschriebenen Vorgänge erleichtern 35 die zelluläre Immunwirkung (mit T-Lymphozyten, Killerzellen) und die humorale Immunwirkung mit Hilfe der T-Hilfszellen.
Der Transport durch die Zellmembran wird auch dadurch erleichtert, daß die anfänglich irreguläre Konfiguration der Teilchen im Interstitium unter dem Effekt des durch das polarisierte Licht eingebrachten elektrischen Feldes eine regelmäßige Ausbildung annimmt. Der Vorgang der Neuordnung unter der Wirkung eines 40 elektrischen Feldes ist z. B. in der Arbeit von HP. Schwan und L.D. Sher (Altemating Current Field-Induced Forces and Their Biological Implications" beschrieben (LElectrochem. Society, Januar 1969. Seiten 22C - 26C).
Auf der Basis der oben beschriebenen Effekte kann festgestellt weiden, daß die Verwendung von polarisiertem Licht gemäß der vorliegenden Erfindung ganz allgemein einen stimulierenden Effekt bei biologischen Prozessen, die mit Zellaktivität verbunden sind, hervonuft, indem das Verhalten der Zellmembran gesteuert wird. 45 Die Erfindung wird nun anhand beispielshaifter Ausführungsformen in der Zeichnung beschrieben. Fig. 1 zeigt einen vereinfachten, schematischen Schnitt einer ersten Ausführungsform der Bestrahlungsanordnung im Aufriß. Fig. 2 zeigt einen schematischen Schnitt einer zweiten Ausführungsform im Aufriß. Fig. 3 ist der Fig. 2 ähnlich, wobei jedoch die Lichtstrahlen in ihrer Richtung umgekehrt werden. Fig. 4 ist eine ähnliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform, bei der ein Nicolsches Prisma als Polarisator verwendet wird. Fig. 5 zeigt eine 50 detaillierte Gesamtschnittansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1. Fig. 6 zeigt typische Durchlässigkeitseigenschaften von Ultraviolett- und Inffarotfiltem. Fig. 7 zeigt die Durchlässigkeits- und Übergangseigenschaften verschiedener Typen von Polarisationsfiltern.
Obwohl es eine Vielzahl bekannter Wege gibt, polarisiertes Licht zu erzeugen, werden in der folgenden Beschreibung die spezifischen Bedingungen zusammengefaßt und durch beispielhafte Ausführungsformen 55 dargelegt, die man beachten sollte, wenn Quellen für polarisertes Licht zum Stimulieren der Heilung von Wunden verwendet werden.
Fig. 1 zeigt die schematische Anordnung der ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erzeugen von polarisiertem Licht, das gut für die Heilbehandlung von Wunden verwendet werden kann. Die durch die Lampe (10) gegebene Lichtquelle ist mit der Reflexionsfläche (11) einstückig ausgebildet. Letztere richtet das nach 60 hinten gestreute Licht axial nach vome aus. Wenn die Lampe (10) durch eine Punktquelle oder durch eine nahezu punktförmige Quelle gegeben ist und die Reflektorfläche (11) die Form eines Rotationspaiaboloides hat, so wird der Großteil der Lichtstrahlen durch eine an sich bekannte Anordnung von drei Linsen parallel zur optischen -4-
Nr. 390 376
Achse geführt In diesem Falle sollte die Lampe (10) in den Brennpunkt der Reflektorfläche (11) gesetzt werden.
Das nächste Element in axialer Richtung hinter der Lampe (10) ist ein Infrarotfilter (12) zur Unterdrückung der Infrarotkomponenten, die von der Lampe (10) abgegeben werden. Das Ausfiltem oder Unterdrücken der nach vorne reflektierten Infrarotkomponenten ist wirksamer, wenn die Reflektorfläche (11) als kalter Spiegel ausgebildet ist, der die sichtbaren Anteile vollständig reflektiert, wohingegen der Reflexionsfaktor im Infrarotbereich etwa 20 % beträgt, wodurch etwa 80 % der nach hinten gerichteten Infrarotstrahlen dort durchtreten können. Der Infrarotfilter (12) kann aus bekannten Typen bestehen, die üblicherweise in der Fotografie verwendet werden.
Die Durchlässigkeit in Abhängigkeit von der Wellenlänge eines üblichen Filters ist in Fig. 6, Kurve (IRF), dargestellt. Die Verwendung des Infrarotfilters (12) wird als wesentlich betrachtet, da ohne Unterdrückung der Infrarotkomponenten die Wärmebelastung auf der behandelten Fläche unerwünschte Effekte hervorrufen könnte. Die Dichte des Strahlungsflusses der hauptsächlich aus sichtbarem Licht bestehenden Strahlung auf die in
Behandlung stehende Körperfläche sollte im Bereich von etwa 20 bis 150 mW/cm^ liegen.
Die Aufgabe der Bestrahlungsanordnung (13) liegt darin, das Licht der Lampe (10) parallel zur optischen Achse auszurichten und eine möglichst gleichmäßige räumliche Verteilung zu erreichen. Die Anordnung (13) kann aus üblichen optischen Linsen aufgebaut sein, jedoch kann auch die Lampe (10) mit der Reflektorfläche (11) als ein Teil der Anordnung (13) aufgefaßt werden, wenn sie zusammen die gewünschten axialen Lichtstrahlen erzeugen können.
Die Anordnung besitzt ein rohrförmiges Gehäuse (14) und durch Vergrößerung der Länge können die nicht zur optischen Achse parallelen Strahlen unterdrückt werden. Infolgedessen ist es nicht wesentlich, daß die Anordnung (13) aus Linsen aufgebaut ist. Der geringe Wert der Lichtintensität und die relativ beträchtliche Lichtreflexion ist ein Nachteil jener Ausführungsformen, die Linsen verwenden und aufgrund der höheren Absorption müssen stärkere Lampen gewählt werden, um die vorbestimmte Lichtleistung zu erreichen. Andererseits sollte jedoch die Stärke der Lampe so gering wie möglich sein, um die Probleme der Kühlung zu verringern.
Es ist in der Fachwelt allgemein bekannt, daß der menschliche Körper für ultraviolettes Licht empfindlich ist. Die Empfindlichkeit ist im Falle von kranken Geweben und Wundflächen sogar noch stärker und das emittierte Licht sollte daher keine ultravioletten Komponenten enthalten. Die ultravioletten Strahlen werden durch den Filter (15) wirksam entfernt. Obwohl der ultraviolette Bereich des Spektrums durch Glaslinsen ausgefiltert wird, ist die Verwendung von getrennten, ultravioletten Filtern (15) in Kombination mit Glaslinsen ratsam. Eine gründliche Absorption des ultravioletten Bereiches des Spektnims ist insbesondere bei Ausführungsformen wichtig, die ohne Linsen arbeiten.
In Fig. 6 zeigt die Kurve (UVF) die Durchlässigkeitseigenschaften eines Ultraviolettfilters, das üblicherweise in der Fotografie verwendet wird. Die Absorption des ultravioletten Lichtes ist wirksamer, wenn das Ultraviolettfilter (15) ein Gelb-Filter ist, das ebenfalls üblicherweise in der Fotografie verwendet wird. Daraus ergibt sich eine Abnahme des sichtbaren Lichtes hauptsächlich im Bereich kürzerer Wellenlängen. Die Kurve (YF) in Fig. 6 zeigt die Durchlässigkeitseigenschaft eines typischen Gelbfilters.
Linear polarisiertes Licht wird mit Hilfe des Polarisationsfilters (16) (Fig. 1) erzeugt, das im Strahlengang der Lichtstrahlen liegt. Das Polarisationsfilter (16) kann ein Polarisationsplattenfilter sein, das üblicherweise in der Fotografie verwendet wird. Die Kurve (PF) in Fig. 7 zeigt die Durchlässigkeit eines derartigen Polarisationsfilters. Die Abhängigkeit der Polarisation von der Wellenlänge kann aufgrund der Übergangseigenschaften bestimmt werden. Um eine derartige Eigenschaft zu bestimmen, werden zwei Polarisationsfilter entgegengesetzter Polarisation hintereinander angeordnet und aufgrund dieser Anordnung löschen sich die entgegengesetzt polarisierten Lichtstrahlen aus. Eine derartige Übergangseigenschaft ist in der Kurve (CR) der Fig. 7 gezeigt. Es kann festgestellt werden, daß im Infrarotbereich bei einer Wellenlänge über 800 nm die Auslöschung aufhört, woraus sich ergibt, daß derartige Filter den infraroten Teil des Spektrums nicht polarisieren.
Bei der Ausführungform nach Fig. 2 erzeugen die Lampe (10), die Reflektorfläche (11) und die Linse (17) zur optischen Achse parallele Lichtstrahlen. Die Linse (17) besteht aus zwei Teilen, nämlich dem Linsenkörper (20) und dem Überzug (21). Der Linsenkörper (20) kann aus einem Glasmaterial mit Infrarotabsorption hergestellt sein, wobei dann der Überzug (21) ein Ultraviolettfilter sein sollte. Die Aufgabe des Linsenkörpers (20) und des Überzuges (21) können jedoch auch ausgetauscht werden, wobei dann der erstere eine UV-Absoiption bewirkt und der Überzug aus einem infrarotabsorbierenden Material besteht
Die in axialer Richtung im rohrförmigen Gehäuse (14) fortschreitenden Lichtstrahlen werden mit Hilfe von Spiegeln, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, in polarisiertes Licht umgewandelt. Der Spiegelpolarisator (22) ist entfernt von der Lampe (10) im Gehäuse (14) mit einer geneigten Ebene angeordnet, wobei der Auftreffwinkel der axialen Strahlen auf diese Ebene 55° beträgt. Das Licht wird vom Spiegelpolarisator (22) schräg in Richtung der strichpunktierten Linie in der Zeichnung reflektiert, und trifft dann auf einen anderen Spiegel (23), der zum Spiegelpolarisator (22) parallel liegt. Der Spiegel (23) ist in einem Gehäuse (24) vorgesehen, das mit dem Gehäuse (14) fest verbunden ist. Die reflektierten Lichtstrahlen treten durch Öffnungen (25), (26) in den benachbarten Seitenwänden des Gehäuses (14) und des Gehäuses (24) hindurch. Der Spiegel (23) reflektiert die Lichtstrahlen in axialer Richtung. Das Gehäuse (24) wird von einer Glasplatte (27) geschlossen, wodurch -5-
Nr. 390 376 sowohl ein Schutz der inneren Teile gegen Staub als auch eine Ultraviolettfilterung bewirkt wird. Es ist aus der Physik bekannt, daß Spiegel, die unter einem geeigneten Winkel relativ zum auftreffenden Licht angeordnet sind, polarisiertes Licht nicht nur im sichtbaren sondern auch im Infrarotbereich erzeugen können.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist die Lampe (10) mit einer sphärischen Reflektorfläche (11) vereinigt, vor der sich ein Kondensor (28) befindet. Die Reflektorfläche (11) wird von einem kalten Spiegel gebildet, so daß ein Teil der Infrarotstrahlen entgegen der Richtung der sichtbaren Strahlen in den Raum hinter der Lampe (10) gestrahlt wird. In diesem Raum ist ein Ventilator (29) vorgesehen, der eine Kühlung sowohl für die Lampe (10) als auch für das Gehäuse (14) bewirkt. Die Kühlluftströme treten durch die Entlüftungsöffnungen (30) aus.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von jener der Fig. 2 auch in der Anordnung der Lichtquelle in der rechten Seite des Gehäuses (14) und in den entgegengesetzten Richtungen der emittierten und austretenden Lichtstrahlen aus dem Gerät. Bei dieser Ausführungsform besteht der Polarisator aus einer Vielzahl planparalleler Platten aus gewöhnlichem durchsichtigen Glas, die zueinander parallel sind und gegenüber der Richtung des auftreffenden Lichtes geneigt sind. Der Auftreffwinkel des Lichtes ist gleich dem bekannten Brewster Winkel, der 57° beträgt. Das von den Schichten reflektierte Licht besteht aus in einer Ebene polarisierten Komponenten. Die Zahl der reflektierenden Flächen der planparallelen Schichten (31) ist doppelt so groß wie die Zahl der Platten. Etwa 35 % des auftreffenden Lichtes wird reflektiert, wenn der Plattenaufbau aus vier Platten besteht. Unmittelbar unterhalb des Gehäuses (14) ist ein zweites Gehäuse (32) mit kleineren Abmessungen fest angeordnet. Die gemeinsame Wand des Gehäuses (14) und des Gehäuses (32) begrenzt eine Öffnung (33), deren Größe den Durchtritt aller Lichtstrahlen gestattet, die von den Polarisatorplatten reflektiert worden sind.
In den Strahlengang der reflektierten Lichtstrahlen, die durch die Öffnung (33) hindurchgetreten sind, ist ein geneigter Spiegel (34) eingebracht, und zwar so, daß der Auftreffwinkel der reflektierten Lichtstrahlen ebenfalls 57° beträgt. Der Spiegel (34) reflektiert die auftreffenden Lichtstrahlen parallel jedoch in entgegengesetzter Richtung zu jenen, die von der Lampe (10) emittiert worden sind.
Die auf diese Weise reflektierten Lichtstrahlen (35) treten durch das Gehäuse (32) hindurch und verlassen es am rechten Ende. Dieses Ende des Gehäuses ist durch eine Platte (36) verschlossen, die ein Ultraviolettfilter bildet. Die Durchlässigkeitseigenschaften eines Polarisators dieses Typs sind in der Kurve (PR) der Fig. 7 dargestellt. Man kann erkennen, daß derartige Polarisatoren polarisiertes Licht auch im Infiarotbereich hervorrufen, so daß die Notwendigkeit eines Infrarotfilters entfällt. Aufgrund des weiteren Spektralbereiches, der polarisiert wird, kann die benötigte Intensität des polarisierten Lichtes gegenüber den Anordnungen mit einem Infrarotfilter bei einer wesentlich geringeren Lampenleistung erreicht werden. Die verringerte Leistung erzeugt weniger Wärme, wodurch die Anwendung einer Zwangskühlung unnötig wird.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 ist der Weg des Lichtes nahezu doppelt so lang wie die gesamte konstruktive Länge des Gerätes, und zwar aufgrund der Rückführung des Lichtstrahles. Die vergrößerte Länge verringert die Streuung der austretenden Lichtstrahlen (35), da die streuenden Lichtstrahlen im rohrförmigen Gehäuse zurückgehalten werden. Es ist ratsam, die innere Räche des Gehäuses mit einem lichtabsorbierenden schwarzen Überzug zu versehen. Ein anderer Vorteil liegt darin, daß der Querschnittsbereich des Gehäuses (14) mit der Lampe (10) größer ist als jener des Gehäuses (32), so daß daher eine größere Lampe für einen gegebenen Querschnitt des Strahlenaustrittes verwendet werden kann, was im Hinblick auf die Wärmebehandlung vorteilhaft ist. Der Ventilator (29) ist nicht wesentlich. Er ist jedoch empfehlenswert, insbesondere im Falle höherer Leistungen. Während der Behandlung ist es oft notwendig, die Richtung der Lichtstrahlen zu ändern. Dies wird durch einen Träger (37) erreicht, der mit dem Gehäuse (14) oder (32) verbunden ist und der an eine in der Figur nicht dargestellte Konsole geklemmt werden kann. Die Konsole besitzt bekannte Befestigungs- und Steuermechanismen, um so die benötigten Lageeinstellungen der Lichtstrahlen zu erreichen.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Ausführungsform gemäß Fig. 3 auch ohne Verwendung eines zweiten Spiegels (34) und des Gehäuses (32) arbeiten kann. Bei einer derartigen Anordnung werden polarisierte Strahlen in nach unten geneigter Richtung durch die Öffnung (33) emittiert. Die Lage des Gehäuses (14) kann verstellt werden, um polarisierte Strahlen in jeglicher Richtung einschließlich der horizontalen und vertikalen zu haben.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 hat die Lichtquelle eine spezielle Ausbildung und kann im wesentlichen zur Achse parallele Lichtstrahlen erzeugen. Die Lampe (10) wird im Brennpunkt der Reflektorfläche (11) angeordnet, die jetzt die Form eines Rotationsparaboloides hat Vor der Lampe (10) ist mit der Reflektorfläche (11) eine Preßglasplatte (38) fest verbunden. Die konvex ausgebildete Preßglasplatte (38) hat einen sphärischen äußeren Teil, der auf seiner der Lampe (10) zugekehrten Seite mit einer äußeren, ringförmigen Spiegelfläche (39) versehen ist, die die auftreffenden Lichtstrahlen in den Mittelpunkt der Lampe (10) reflektiert, die hier als Punktlichtquelle betrachtet werden sollte. Der Bereich der Preßglasplatte (38) innerhalb der ringförmigen Spiegelfläche (39) ist konvex und besteht aus transparentem Glas. Die Preßglasplatte (38) kann als Infrarot- und/oder Ultraviolettfilter ausgebildet sein.
Aufgrund dieser Anordnung können nur Lichtstrahlen, die im wesentlichen parallel zur Achse sind, durch den durchlässigen mittleren Teil der Preßglasplatte (38) hindurchtreten. Ein Ring (41) dient zur Befestigung der Preßglasplatte (38) mit der Reflektorfläche (11). Während der Spiegel (39) eine normale reflektierende Räche hat, ist die Reflektorfläche (11) vorzugsweise ein kalter Spiegel. -6-
Claims (25)
- Nr. 390 376 Es wird angenommen, daß die kompakte Bestrahlungsanordnung gemäß Fig. 4 die geeignetste für die Behandlungen mit polarisiertem Licht ist, da hier die Notwendigkeit der Verwendung eines getrennten optischen Lichtablenknngssystems beseitigt ist. Der Polarisator in Fig. 4 ist ein an sich bekanntes Nicolsches Prisma, das aus zwei Kalkspatprismen besteht, die geschliffen und mit Kanadabalsam verkittet sind. Der Winkel (43) in Fig. 4 ist 66°. Das Nicolsche Prisma (42) wird durch Haltescheiben (44), (45) im Gehäuse (14) befestigt. Die Haltescheibe (45) hat eine vordere Öffnung, die durch eine Glasplatte (46) verschlossen ist und als Infrarotfilter ausgebildet sein kann. Fig. 5 zeigt eine detaillierte Zusammenstellungszeichnung einer Quelle für polarisiertes Licht entsprechend der prinzipiellen Anordnung gemäß Fig. 1. Bei dieser Ausführungsform werden die Lampe (10) und die Reflektorfläche (11) durch eine Lampe des Kaltspiegeltyps gebildet; diese wird von einem Rohr (50) umgeben, die mit Kühlrippen versehen ist. Die Lampe (10) wird in einem keramischen Lampensockel (51) befestigt, der mit einer Halterung (52) verbunden ist, die zusammen mit einem Träger (37) über eine Schraubverbindung am unteren Teil des Rohres (50) befestigt ist. Eine Scheibe (53) mit Entlüftungsöffnungen ist der hintere Abschluß des Rohres (50). In der Mitte der Scheibe (53) ist ein hohler Schraubhalter angeordnet, um die elektrischen Kabelverbindungen und einen Tragarm (54) zu halten, der den Ventilator (29) trägt. Eine Adapterhülse (55) mit Endüftungsöffhungen ist am vorderen Ende des Rohres (50) mit den Kühlrippen angeordnet und das vordere Ende ist mit einer Hülse (56) über eine Schraubverbindung gekoppelt. Die Hülse (56) trägt im Inneren einen Linsenhalter (57), in dem eine Linse (58) angeordnet ist. Die Hülse (56) ist durch einen hohlen Filterträger (59) verlängert, der einen offenen oberen Teil aufweist, welcher seinerseits durch eine Deckplatte (60) abgedeckt ist, die damit über eine lösbare Befestigung verbunden ist. Im Filterträger (59) sind mehrere Filterhalteschlitze vorgesehen, bei dieser Ausführungsform hier vier Schlitze. Wenn die Deckplatte (60) entfernt wird, so können in die jeweiligen Schlitze des Filterträgers (59) entsprechende Filter eingesetzt werden oder die Filter können entsprechend den tatsächlichen Bedingungen ausgetauscht werden. In Fig. 5 sind in den Schlitzen des rohrförmigen Filterhalters ein Infrarotfilter (61) und ein Polarisationsfilter (62) gezeigt. Ein rohrförmiger Linsenhalter (63) ist mit dem Filterträger (59) derart verbunden, daß ein Ultraviolettfilter (64) an der Verbindung eingesetzt werden kann. Der rohrförmige Linsenhalter (63) wird zum Halten weiterer Linsen (65), (66) verwendet. Die Vorrichtung gemäß Fig. 5 erzeugt Strahlen aus polarisiertem Licht mit einem Durchmesser von etwa 35 bis 40 mm, die im wesentlichen parallel zur optischen Achse ausgerichtet sind. Das emittierte Licht fällt in den sichtbaren Bereich der Wellenlängen und sowohl die Ultraviolett- als auch die Infrarotkomponenten werden wirksam unterdrückt Aufgrund der Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 5 kann festgestellt werden, daß zum Zwecke der Stimulierung der Wundheilung eine spezielle Lichtquelle benötigt wird, die sichtbares Licht erzeugt, in dem die ultravioletten und infraroten Komponenten entfernt worden sind. Das emittierte Licht sollte im wesentlichen in einem parallelen Strahl von gleichmäßiger Verteilung abgegeben werden. Die Lichtintensität des Strahles sollte etwa 150 mW/cm^ nicht überschreiten. Das emittierte Licht muß linear polarisiert sein. Die einzelnen konstruktiven Details der bisher beschriebenen Ausführungsformen können selbstverständlich in jeder anderen denkbaren Kombination verwendet werden. So kann z. B. die Lichtquelle gemäß Fig. 4 in einer Anordnung gemäß Fig. 1 verwendet werden, wodurch dann allerdings die Verwendung des Ablenksystems (13) nicht notwendig ist. Die Quelle des polarisierten Lichtes sollte daher nicht auf eine der beiden spielhaften Ausfiihrungsformen beschränkt sein. PATENTANSPRÜCHE 1. Bestrahlungsanordnung zur Stimulierung biologischer Prozesse, die bei der Zellaktivität auftreten, mit einer Lichtquelle, welche ein inkohärentes Lichtbündel mit Spektralkomponenten oberhalb 300 nm Wellenlänge abgibt und mit einem optischen System im Strahlengang des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtes, um die Lichtstrahlen in eine gegebene Behandlungsrichtung zu lenken, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung ein linear polarisiertes Licht aufweist.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Ausstrahlung auf einen Wert zwischen 20 und 150 mW/cm^ eingestellt ist -7- Nr. 390 376
- 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bestrahlende Licht eine kontinuierliche oder quasikontinuierliche Spektralverteilung wenigstens im Wellenlängenbereich von 400 bis 700 nm hat.
- 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht im wesentlichen parallele Strahlen aufweist.
- 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Λ Strahlungsaustnttes wenigstens 3 csar beträgt.
- 6. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle eine Lampe ist, die inkohärentes Licht oberhalb von 300 nm Wellenlänge abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen der polarisierten Lichtstrahlen ein Polarisator (16, 22, 31, 42, 62) in den Strahlengang eingebracht ist.
- 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator ein Polarisationsfilter (16) ist.
- 8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ultraviolettfilter (15, 36, 64) im Strahlengang vorgesehen ist.
- 9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Infrarotfilter (12,61) im Strahlengang vorgesehen ist.
- 10. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reflektorfläche (11) hinter der Lampe (10) angeordnet ist, um die nach hinten abgegebenen Strahlen nach vome zu reflektieren.
- 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorfläche (11) ein kalter Spiegel ist.
- 12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorfläche (11) sphärische Form oder die Form eines Rotationsparaboloides hat.
- 13. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (10) eine Metallhalogenlampe ist.
- 14. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein rohrförmiges Gehäuse (14) mit einer Länge aufweist, die ausreicht, um den Austritt von divergierenden, direkten Lichtstrahlen mit einem Streuwinkel von mehr als 15° zu verhindern.
- 15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Reflektorfläche (11) ein Ventilator (29) vorgesehen ist.
- 16. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (13) Linsen aufweist.
- 17. Anordnung nach einem der Ansprüche 8, 9 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Linse (20) mit einem Überzug (21) vor der Reflektorfläche (11) und der Lampe (10) angeordnet ist und daß die Linse (20) bzw. der Überzug (21) aus einem Infrarotstrahlen bzw. Ultraviolettstrahlen absorbierendem Material oder umgekehrt hergestellt ist.
- 18. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorfläche (11) die Form eines Rotationsparaboloides hat, daß die Lampe (10) sich in dessen Brennpunkt befindet und daß vor der Lampe (10) eine Preßglasplatte (38) angeordnet ist, die eine ringförmige sphärische Spiegelfläche (39) aufweist und mit der Reflektorfläche (11) verbunden ist.
- 19. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (10) und die Reflektorfläche (11) an einem Ende des rohrförmigen Gehäuses (14) und ein Spiegelpolarisator (22) am anderen Ende des rohrförmigen Gehäuses (14) vorgesehen sind, wobei der Polarisator (22) eine Ebene aufweist, die zum durch das Gehäuse (14) hindurchtretenden Lichtstrahl derart geneigt ist, daß der Auftreffwinkel des Lichtstrahles auf diese Ebene des Polarisators (22) gleich dem Brewsterschen Winkel ist
- 20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegelpolarisator aus mehreren transparenten, planparallelen Platten (31) hergestellt ist. -8- Nr. 390 376
- 21. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem rohrförmigen Gehäuse (14) ein zweites Gehäuse (24) angeordnet ist, wobei Öffnungen (25, 26) in den Seitenwänden der beiden Gehäuse (24, 14) vorgesehen sind, um den Durchtritt der vom Spiegelpolarisator (22) reflektierten Lichtstrahlen zu ermöglichen, und daß das zweite Gehäuse (24) einen Spiegel (23) im Strahlengang der reflektierten Lichtstrahlen und in einer geneigten Ebene aufweist, um diese Strahlen parallel zur optischen Achse des ersten Gehäuses (14) auszurichten.
- 22. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförmiges Gehäuse vorgesehen ist, wobei die Lampe (10) und die Reflektorfläche (11) nahe dem einen Ende angeordnet sind und daß der Polarisator ein Nicolsches Prisma (42) umfaßt, das nahe dem anderen Ende des Gehäuses vorgesehen ist (Fig. 4).
- 23. Anordnung nach Anspruch 19 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß an dem rohrförmigen Gehäuse eine mit diesem verbundene Haltevonichtung ((37) in Fig. 4) zum Halten und Ausrichten des Gehäuses vorhanden ist.
- 24. Verfahren zur Stimulierung biologischer Prozesse, die bei der Zellaktivität auftreten, jedoch nicht zur therapeutischen Behandlung des menschlichen oder tierischen Körpers, wobei eine Fläche, an bzw. auf der der biologische Prozeß abläuft, mit inkohärentem Licht mit Spektralkomponenten oberhalb 300 nm Wellenlänge bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mit einem linear polarisierten Licht erfolgt, daß die vorbestimmte spezifische Ausstrahlung auf einen Wert zwischen 20 und 150 mW/cm^ eingestellt wird, daß die Bestrahlung in intermittierenden Perioden durchgeführt wird und daß die während jeder Periode aufgebrachte Λ Energie höchstens 5 J/cm beträgt.
- 25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Querschnittsfläche des bestrahlenden Lichtes geringer ist als die zu bestrahlende Fläche, die Bestrahlung durch eine relative Verschiebung des Lichtstrahles gegenüber der zu bestrahlenden Fläche erfolgt, wobei zuerst Umfangsteile der Fläche bestrahlt werden und dann entlang kreisförmiger konzentrischer Wege eine Annäherung an den Mittelteil erfolgt. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -9-
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