BRPI0802369A2 - halogen light source (hls) for photobiology and photomedicine applications - Google Patents
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Abstract
FONTE LUMINOSA HALOGENA (HLS) PARA APLICAçõES NA FOTOBIOLOGIA E NA FOTOMEDICINA. Descreve-se uma fonte de luz com base em lâmpadas halógenas para suprir as necessidades das aplicações fotobiológicas e fotomédicas. O equipamento HLS (1) é composto pelas seguintes partes principais: lâmpada (L); lente (8); corpo principal (2); filtro térmico (3); cooler (4); capa protetora traseira (5); suporte do filtro térmico (6); suporte da lente (7); suporte da lâmpada (9) e sistema elétrico.HALOGENOUS LIGHT SOURCE (HLS) FOR PHOTOBIOLOGY AND PHOTOMEDICINE APPLICATIONS. A light source based on halogen lamps is described to meet the needs of photobiological and photomedical applications. HLS equipment (1) consists of the following main parts: lamp (L); lens (8); main body (2); thermal filter (3); cooler (4); rear protective cover (5); thermal filter holder (6); lens holder (7); lamp holder (9) and electrical system.
Description
"FONTE LUMINOSA HALÓGENA (HLS) PARA APLICAÇÕES NAFOTOBIOLOGIA E NA FOTOMEDICINA.""HALOGEN LIGHT SOURCE (HLS) FOR PHOTOBIOLOGY AND PHOTOMEDICINE APPLICATIONS."
INTRODUÇÃOINTRODUCTION
Na área de saúde ocorre uma busca constante por novos tipos detratamento, seja para tratar doenças atualmente incuráveis, para tornar umtratamento mais eficiente ou para diminuir os custos de sua aplicação.In health care there is a constant search for new types of treatment, either to treat currently incurable diseases, to make treatment more efficient or to reduce the costs of their application.
A fotoquimèoterapia consiste em um tratamento onde são usadoscompostos fotossensíveis que ao serem injetados ou aplicados de forma tópica noorganismo se concentram preferencialmente em regiões tumorais ou queapresentam alguma anomalia, e no momento que são irradiados com luzproduzem reações químicas que causam a morte das células onde a doença seconcentra.Photochemotherapy is a treatment in which photosensitive compounds are used which, when injected or applied topically to the organism, preferentially concentrate on tumoral regions or that present an anomaly, and when they are irradiated with light they produce chemical reactions that cause the death of cells where the disease occurs. Secondly.
OBJETIVO DA INVENÇÃOPURPOSE OF THE INVENTION
O objetivo foi desenvolver uma fonte de luz com base emlâmpadas halôgenas para suprir as necessidades das aplicaçõesfotobiológicas e fotomédicas.The objective was to develop a light source based on halogen lamps to meet the needs of photobiological and photomedical applications.
O intuito desse projeto foi desenvolver um produto para a aplicação defotoquimèoterapia tendo como base lâmpadas halôgenas. O principal diferencialtrazido por este produto é a redução do custo, possibilitando uma grandevantagem competitiva dentro do mercado existente. Para atingir este objetivoutilizamos na construção do protótipo componentes disponíveis no mercado ecom custo reduzido, alem disso o projeto técnico empregado é de relativasimplicidade, o qual não causa entraves a sua produção em larga escala.The purpose of this project was to develop a product for the application of photochemotherapy based on halogen lamps. The main differential brought by this product is the cost reduction, enabling a great competitive advantage within the existing market. In order to achieve this objective, we use components available in the market at low cost in the construction of the prototype. Moreover, the technical design employed is relatively simple, which does not cause obstacles to its large-scale production.
ESTADO DA TÉCNICATECHNICAL STATE
Em geral nas áreas de fotobiologia e fotomedicina as fontesde luz aplicadas são lasers e, recentemente, os leds de altapotência. Essas fontes possuem características vantajosas, taiscomo: feixe de luz não divergente e alta intensidade, mas tambémpossuem algumas desvantagens como: alto preço e alto custo demanutenção. Além disso, as características, que são vantajosas paraalgumas finalidades podem ser consideradas como não adequadaspara outras.In general in the areas of photobiology and photomedicine, the applied light sources are lasers and, recently, high power LEDs. These sources have advantageous features such as: non-divergent light beam and high intensity, but also have some disadvantages such as high price and high cost of maintenance. In addition, features which are advantageous for some purposes may be considered as unsuitable for others.
Por exemplo, em aplicações na fotoquimioterapiageralmente são usados compostos orgânicos fotossensíveis(fotossensibilizadores, FS) que possuem as bandas de absorção emfase liquida bastante amplas (espessura na meia altura « 1000-1500cm"1). Com o uso de lasers e leds, que possuem bandas de emissãobem estreitas (espessura na meia altura < 70 cm"1 ) grande parte doespectro de absorção desses compostos não é utilizada de modoefetivo, pois a emissão de laser ou LEDs não abrange todo oespectro de absorção do FS e nem sempre coincide com a região domáximo de absorção de FS.For example, in photochemotherapy applications, photosensitive organic compounds (photosensitizers, FS) are generally used which have quite wide liquid phase absorption bands (half-height thickness «1000-1500cm" 1) .The use of lasers and leds, which have very narrow emission bands (half-height thickness <70 cm "1) much of the absorption spectrum of these compounds is not effectively used, as laser or LED emission does not cover the entire absorption spectrum of the FS and does not always coincide with the region. maximum absorption of FS.
Com relação a irradiância (W/cm2) verificamos que os laserse leds possuem alto fluxo em regiões de pequena área, que éimportante para uso de fibra óptica para irradiar regiões pequenas eregiões internas do corpo. Já quando a aplicação exige que a áreairradiada seja maior, como na maioria dos casos de aplicação nasuperfície do corpo, o uso de difusores causa uma perda significativanessa irradiância. Neste aspecto fontes de luz, baseadas naslâmpadas de filamento, especialmente na versão halôgena, podemcompetir com sucesso com os lasers e leds. A adequação dessasfontes para aplicação em fotoquimioterapia já foi demonstrada paratratamento de alguns tipos de câncer.Regarding the irradiance (W / cm2) we found that laserseeds have high flux in small area regions, which is important for the use of optical fiber to radiate small regions and internal regions of the body. When application requires that the radiated area be larger, as in most cases of application on the body surface, the use of diffusers causes a significant loss in this irradiance. In this respect, light sources based on filament lamps, especially the halogen version, can successfully compete with lasers and leds. The suitability of these sources for application in photochemotherapy has already been demonstrated to treat some types of cancer.
Existe ainda um equipamento importado denominado"Lumacare" e registrado sob as Patentes: US 5849247 ; US 6187030e EP 1124613B1 que possui a mesma finalidade, no entanto, nenhumcomponente pertencente e este equipamento foi utilizado neste produto.VANTAGENSThere is also imported equipment called "Lumacare" and registered under US Patents: US 5849247; US 6187030e EP 1124613B1 which serves the same purpose, however, no component belonging and this equipment was used in this product. ADVANTAGES
O produto que deste ponto em diante será denominado"HLS" (Halogen Light Source) pretende se tornar uma opção viávelpara a aplicação de fotoquimeoterapia, oferecendo a possibilidade deuma expansão deste tipo de tratamento.The product which will be referred to hereinafter as "HLS" (Halogen Light Source) intends to become a viable option for the application of photochemotherapy, offering the possibility of an expansion of this type of treatment.
Devido a suas características, um único equipamento podeoferecer a possibilidade de tratamentos com diferentes agentesfotossensibilizadores, diminuindo portanto o custo deste tipo detratamento e, por conseqüência, aumentando a sua disseminaçãonum maior número de centros médicos.Due to its characteristics, a single equipment can offer the possibility of treatments with different photosensitizing agents, thus reducing the cost of this type of treatment and, consequently, increasing its spread in a larger number of medical centers.
A vantagem oferecida pelo HLS está relacionada àdiversidade de aplicações que este oferece a um custo bem maisacessível, quando comparada ao similar americano ou aosconcorrentes baseados em outras tecnologias.The advantage offered by HLS is related to the diversity of applications it offers at a much more affordable cost compared to similar US or competitors based on other technologies.
Trata-se de um produto que utiliza componentes disponíveisno mercado nacional, importados ou não e de relativa simplicidadede concepção, portanto de fácil manutenção e que poderá num futuropróximo substituir os equipamentos hoje utilizados, que geralmentetem um custo de manutenção elevado.It is a product that uses components available in the domestic market, imported or not and of relatively simple design, therefore easy to maintain and which may in the near future replace the equipment used today, which generally have a high maintenance cost.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
A presente invenção será descrita com base nos desenhosanexos, onde:The present invention will be described based on the accompanying drawings, where:
A figura 1 mostra a fonte luminosa halógena numa vistalateral;Figure 1 shows the halogen light source in a lateral view;
A figura 2 ilustra o corpo da fonte numa vista lateral;Figure 2 illustrates the source body in a side view;
A figura 3 mostra o corpo da fonte numa vista frontal;Figure 3 shows the source body in front view;
A figura 4 mostra o filtro térmico da fonte numa vista frontal;A figura 5 mostra o filtro térmico da fonte numa vista lateralcom um corte parcial detalhando a montagem de uma das janelas devidro;Figure 4 shows the source heat filter in a front view Figure 5 shows the source heat filter in a side view with a partial section detailing the mounting of one of the glass windows;
A figura 6 mostra o filtro térmico da fonte numa vistaposterior;Figure 6 shows the source thermal filter at a later view;
A figura 7 mostra a capa metálica protetora traseira da fontenuma vista lateral;Figure 7 shows the rear protective metal cap of the font in side view;
A figura 8 mostra a capa metálica protetora traseira numavista frontal;Figure 8 shows the rear protective metal cap in a front view;
A figura 9 mostra o suporte do filtro térmico numa vistaFigure 9 shows the thermal filter holder in a view
fontal;fontal;
A figura 10 mostra o suporte do filtro térmico numa vistalateral;Figure 10 shows the heat filter holder in a lateral view;
A figura 11 mostra o suporte do filtro térmico numa vistaposterior;Figure 11 shows the thermal filter holder in a posterior view;
A figura 12 mostra uma vista frontal do subconjunto dosuporte da lente;Figure 12 shows a front view of the lens holder subset;
A figura 13 mostra uma vista lateral em corte dosubconjunto do suporte da lente e a lente montada;Figure 13 shows a sectional side view of the lens holder assembly and the mounted lens;
A figura 14 mostra uma vista posterior do suporte da lente;Figure 14 shows a rear view of the lens holder;
A figura 15 mostra a vista frontal do suporte da lâmpada;Figure 15 shows the front view of the lamp holder;
A figura 16 mostra uma vista em corte do suporte dalâmpada e a indicação da lâmpada montada;Figure 16 shows a cross-sectional view of the lamp holder and the indication of the mounted lamp;
A figura 17 mostra a vista posterior do suporte da lâmpada;Figure 17 shows the rear view of the lamp holder;
A figura 18 mostra o esquema ótico da presente invenção;A figura 19 mostra o gráfico da irradiância da fonte luminosahalógena em função da distância longitudinal x" e axial "y";Figure 18 shows the optical scheme of the present invention Figure 19 shows the irradiance graph of the halogen light source as a function of the longitudinal distance x "and axial distance" y ";
A figura 20 mostra o gráfico das medidas da intensidade (I) doespectro luminoso da lâmpada em função do comprimento de onda (A) dapresente invenção.Figure 20 shows the graph of measurements of the light intensity (I) of the lamp as a function of the wavelength (A) of the present invention.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
O equipamento HLS (1) é composto pelas seguintes partes principais:lâmpada (L); lente (8); corpo principal (2); filtro térmico (3); cooler (4); capaprotetora traseira (5); suporte do filtro térmico (6); suporte da lente (7); suporte dalâmpada (9) e sistema elétrico.HLS equipment (1) consists of the following main parts: lamp (L); lens (8); main body (2); thermal filter (3); cooler (4); rear protective cover (5); thermal filter holder (6); lens holder (7); lamp holder (9) and electrical system.
A lâmpada (L) selecionada possui, de acordo com o fabricante: refletorde alumínio facetado, facho de luz preciso e uniforme, intensidade luminosaelevada (48000cd), filtro UV através do bulbo de quartzo, divergência luminosa de8o e potência elétrica de 100W.The selected lamp (L) has, according to the manufacturer: faceted aluminum reflector, precise and uniform light beam, high luminous intensity (48000cd), quartz bulb UV filter, 8 ° luminous divergence and 100W electrical power.
A lente (8) utilizada é feita de cristal e é do tipo convergente, possuindo89mm de diâmetro e foco de 120mm.O objetivo desta lente (8) é concentrar ofeixe luminoso emitido pela lâmpada (L) sendo que seu foco foi posicionado nocentro do filtro térmico (3), o que implicou na fixação do suporte da lente (7) nocentro do corpo principal (2).The lens (8) used is made of crystal and is of converging type, having89mm in diameter and 120mm focus. The objective of this lens (8) is to concentrate the light beam emitted by the lamp (L) and its focus was placed inside the filter. (3), which entailed the attachment of the lens holder (7) within the main body (2).
Após seleção da lâmpada (L) o corpo (2) do HLS (1) foi desenvolvidoem alumínio, material resistente e que oferece boa dissipação de calor quandocomparado a outros metais como o aço ou o plástico.After selecting the lamp (L) the body (2) of the HLS (1) was developed in aluminum, resistant material that offers good heat dissipation when compared to other metals such as steel or plastic.
O corpo principal (2) é de formato cilíndrico. Ele é aberto nas duasextremidades e possui incorporado ao cilindro duas bases (2a) de alumínio queservem de apoio. Esse corpo possui ainda aletas (2b), de alumínio, distribuídasuniformemente pela lateral externa do cilindro de modo a aumentar a área efetivade troca de calor aumentando assim a dissipação do mesmo. Na lateral do corpoprincipal (2), entre as aletas (2b) existe uma abertura (2c), onde foi fixado um"cooler" (4).The main body (2) is cylindrical in shape. It is open at both ends and has incorporated into the cylinder two aluminum bases (2a) which support. This body also has aluminum fins (2b) distributed evenly on the outer side of the cylinder in order to increase the effective area of heat exchange thus increasing its dissipation. On the side of the main body (2), between the fins (2b) is an opening (2c), where a cooler (4) has been fixed.
O filtro térmico (3) é composto de um cilindro (3c) de alumínio oco comduas janelas de vidro (3d), que são fixadas nas bases do cilindro (3c) por luvas dealumínio (3a, 3b). Estas luvas são rosqueadas ao cilindro (3c) pressionando asjanelas de vidro (3d) contra anéis de borracha (3e) tipo "oring" que estãoembutidos na parede do cilindro (3c).The heat filter (3) is composed of a hollow aluminum cylinder (3c) with two glass windows (3d), which are fixed to the bases of the cylinder (3c) by aluminum sleeves (3a, 3b). These gloves are threaded to the cylinder (3c) by pressing the glass windows (3d) against oring-type rubber rings (3e) that are embedded in the cylinder wall (3c).
Este cilindro (3c) é preenchido por água de modo a filtrar parte doespectro infravermelho presente na emissão da lâmpada (L) e que édesnecessário, pois o objetivo é obter o espectro visível da lâmpada (L), ondeestá localizada a janela terapêutica, região do espectro onde os tecidos biológicosapresentam relativa transparência permitindo uma maior penetração da energialuminosa nos tecidos.This cylinder (3c) is filled with water to filter out the infrared part of the lamp emission (L) that is unnecessary, since the objective is to obtain the visible spectrum of the lamp (L), where the therapeutic window is located. spectrum where the biological tissues present relative transparency allowing a greater penetration of the luminous energy in the tissues.
De modo a tornar possível a seleção de uma determinada região doespectro, a luva de alumínio (3b), foi projetada e construída de modo a funcionarcomo porta filtros (P). Trata-se de uma peça de alumínio maciço onde podem serencaixados filtros (F) com as seguintes dimensões 40mm de largura, 40mm decomprimento e 5 mm de espessura.In order to make it possible to select a particular region, the aluminum sleeve (3b) has been designed and constructed to function as a filter holder (P). It is a solid aluminum part where filters (F) can be fitted with the following dimensions 40mm wide, 40mm long and 5mm thick.
Com o objetivo de tornar essa dissipação de calor ainda mais efetiva eprevenir um aquecimento desnecessário do corpo do equipamento e dos demaiscomponentes foi introduzido um "cooler" (4), que funciona como exaustorexpulsando o ar quente para fora do equipamento (1).In order to make this heat dissipation even more effective and to prevent unnecessary heating of the equipment body and other components, a cooler (4) was introduced, which acts as an exhaust and pushes hot air out of the equipment (1).
Os suportes para a lente e para a lâmpada (7, 9) foram feitos emalumínio sob medida de modo a garantir a durabilidade e um perfeito encaixe doscomponentes do equipamento.The lens and lamp holders (7, 9) are made of custom-made aluminum to ensure durability and a perfect fit of the equipment components.
O suporte para a lente (7) é um anel de alumínio maciço que possui umrebaixo (7a) de modo que lente (L) encoste na parte interna do suporte (7) e umanel metálico (latão) (7b) fixa a lente (L) no suporte de alumínio (7) por pressão.Este anel (7) está fixado no centro do corpo principal (2) através de trêsparafusos.The lens holder (7) is a solid aluminum ring having a lower (7a) such that lens (L) abuts the inside of the holder (7) and a metal (brass) ring (7b) secures the lens (L ) on the aluminum support (7) by snap. This ring (7) is fixed to the center of the main body (2) by means of three screws.
Da mesma forma o suporte para a lâmpada (9) é um anel de alumíniomaciço que possui um rebaixo (9a) de modo que lâmpada (L) encoste na parteinterna do suporte e esta é fixada ao suporte (9) por parafusos de encosto fixadosna lateral externa do anel, este suporte (9) é fixado ao corpo principal (2) efunciona como base deste cilindro, este suporte (9) possui ainda um ressalto (9b)onde é fixada uma capa metálica (5) que protege as conexões elétricas dalâmpada. Este anel (9) está fixado na base posterior do corpo principal por meiode parafusos.Likewise the lamp holder (9) is a solid aluminum ring which has a recess (9a) so that lamp (L) abuts the inner part of the holder and it is fixed to the holder (9) by stop screws fixed to the side. outside the ring, this bracket (9) is fixed to the main body (2) and acts as the base of this cylinder, this bracket (9) also has a shoulder (9b) where a metal cap (5) is attached to protect the lightning electrical connections . This ring (9) is fixed to the rear base of the main body by half bolts.
Por fim temos o suporte do filtro térmico (6) que funciona como baseanterior do corpo principal (2), fixada a este e ao filtro térmico (3) por parafusos.Finally we have the support of the thermal filter (6) that acts as the base of the main body (2), fixed to it and to the thermal filter (3) by screws.
As conexões elétricas da lâmpada (L) e do "cooler" (4) foramprotegidas por uma capa metálica (5) acoplada ao suporte da lâmpada (9) a fimde evitar choques elétricos. Um cabo do tipo "PP",de 2,5mm de diâmetro, faz aconexão entre a lâmpada e a fonte de alimentação que é ligada a um interruptorque por sua vez é conectado a rede por meio de outro cabo "PP" de 2,5mm dediâmetro.The electrical connections of the lamp (L) and the cooler (4) were protected by a metal cover (5) coupled to the lamp holder (9) to prevent electric shock. A 2.5mm "PP" type cable connects between the lamp and the power supply which is connected to a switch which in turn is connected to the network via another 2.5mm "PP" cable of diameter.
Com relação ao processo de operação do equipamento, este é bemsimples basta acionar o interruptor que a lâmpada (L) e o cooler (4) sãoacionados, a partir deste ponto, basta posicionar a região do corpo a ser irradiadana frente do equipamento.Regarding the process of operation of the equipment, this is simple just activate the switch that the lamp (L) and the cooler (4) are activated, from this point, just position the body region to be radiated in front of the equipment.
Para a determinação da dose aplicada em determinada região bastaposicionar o equipamento a determinadas distâncias por determinado tempo.To determine the dose applied in a given region, simply position the equipment at certain distances for a certain time.
Para caracterização da dose foram feitas medidas da irradiância (lR)em função da distância longitudinal (x) e axial (y) utilizando o medidor deintensidade luminosa Spectra Physics 407A, conforme ilustrado no gráfico dafigura 16.Foram ainda feitas medidas da intensidade (I) do espectro luminoso dalâmpada em função do comprimento de onda (A), utilizando o espectrofotômetroCVI SM-240, conforme ilustrado no gráfico da figura 17.For dose characterization, irradiance (lR) measurements were made as a function of longitudinal (x) and axial (y) distance using the Spectra Physics 407A luminous intensity meter, as shown in the graph of figure 16. Intensity (I) measurements were also made. of the light spectrum of the lamp as a function of wavelength (A) using the CVI SM-240 spectrophotometer, as shown in the graph in figure 17.
INOVAÇÕESINNOVATIONS
O produto inova na medida em que reúne tecnologias disponíveis econhecidas, resultando num equipamento que oferece uma variedade deaplicações em fotomedicina e fotobiologia, se tornando uma alternativa atraenteao mercado brasileiro, que não dispõe no momento de nenhum equipamento comessas características.The product innovates as it brings together available and well-known technologies, resulting in equipment that offers a variety of applications in photomedicine and photobiology, becoming an attractive alternative to the Brazilian market, which currently has no equipment with these characteristics.
As medidas de densidade de potência encontradas por cm2 são maisdo que suficientes para aplicações em fotoquimeoterapia.Power density measurements found per cm2 are more than sufficient for photochemotherapy applications.
O equipamento inova pois, permite o uso de diferentes tipos defotossensibilizadores e permite uma ampla região de tratamento como pode serobservado pelos dados da figura 16, o fato de se tratar uma região maior permiteum menor tempo de aplicação da terapia no paciente o que acarreta num maiorconforto para este e numa economia financeira para hospital ou clínica queaplique o tratamento.The equipment innovates because it allows the use of different types of photosensitizers and allows a wide treatment region as can be seen from the data in figure 16, the fact that treating a larger region allows a shorter time of therapy application in the patient which leads to greater comfort. for this and in a financial savings for hospital or clinic that applies the treatment.
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