CN103298524A - 用于照射形状不规则的面的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于用来自辐射源的电磁辐射照射或治疗身体表面的方法，其中所述身体表面包含至少一个边缘不规则的治疗表面，所述治疗表面被确定并被照射，其特征在于，将所述身体表面划分成一定数目的部分表面，所述部分表面至少部分地包含所述治疗表面，并且顺序地或滚动地或分步地或者有针对性地用辐射剂量照射包含在每个部分表面中的治疗表面部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于用来自辐射源的电磁辐射照射或治疗身体表面的方法，所述身体表面包含至少一个边缘不规则的治疗表面，所述治疗表面被确定并被照射。
此外，本发明涉及一种用于照射或治疗表面的装置，其包括至少一个辐射源、具有用于将光调制器成像在身体表面上的光学器件的至少一个治疗头、用于识别身体表面中的至少一个要照射的治疗表面的装置、至少一个光调制器、尤其是微镜执行器。
背景技术
美国专利申请US A12003/0045916、US2008/0051773A1、以及DE T269834827公开了用于用紫外光照疗法来治疗诸如牛皮癣之类的发炎、增生性皮肤病症的方法和系统。所述方法和系统使用光学技术来扫描病人的皮肤、暴露患病的皮肤区域、并且选择性地给所暴露的区域供应高剂量的光照疗法紫外辐射。
选择性光照疗法的技术性问题始终是要求UVA和UVB光谱范围内的尽可能高的功率。对于UVA范围内的光照疗法，基于医学指导原则在皮肤表面上需要高达130J/cm2的剂量。出于该原因，尤其是已经开发出了所谓的PUVA疗法，其中通过生化材料（例如补骨脂素）使皮肤明显更加光敏感。也就是说，在口服或对皮肤进行局部治疗（药膏或洗浴）以后，皮肤变得对UV辐射明显更加敏感。在PUVA疗法中，需要0.1J/cm2至10J/cm2的治疗剂量。在利用UVB辐射进行光照疗法时，需要更小的剂量，但是其仍然处于0.05J/cm2至大致1.0J/cm2的范围内。
高剂量的水平通常大于两倍的最小红斑剂量（MED）并且常常大约为10倍MED。这些剂量水平在治疗患病皮肤区域时是非常有效的，但是未患病皮肤区域、例如正常皮肤将被严重损伤。为了保证仅仅暴露患有牛皮癣或其他病症的皮肤区域以用于高UV辐射剂量，所述方法和系统使用一个或多个光学诊断技术，所述光学诊断技术涉及患病皮肤的独立的生理特征。
在此，主要将激光源用作辐射源，所述激光源通过镜子来逐行地照射形状不规则的治疗表面。尽管这样的辐射源是非常高效的，但是所具有的严重缺点是，所述辐射源也是非常昂贵的。
在DE A1102005010723.0中所描述的同样是本发明的出发点的装置避免了这些缺点，因为在那里提出了UV灯作为辐射源，其中所述UV灯的光借助于亦称为数字镜设备的微镜执行器被定向到身体表面上。微镜执行器是微机电组件。其利用可单独移动的镜子来偏转光，使得借助于矩阵形式的布置、通过开关各个镜子将光投影成由每个镜子的所开关的像素组成的图像。置身于这些技术的公知制造商的代号、商标和名称尤其是来自Texas Instruments（德州仪器）或者数字光处理（DLP）的数字微镜设备DMD。
这些光调制器或者借助于可开关液晶工作的光调制器（即所谓的LCD）与治疗头中的成像光学器件、同辐射源一起连接成组件，所述组件被用于通过将光调制器成像到身体表面上来将辐射定向发射到目标的方向上。治疗头因此是用于有针对性地聚焦并以匹配方式将辐射剂量施加到作为身体表面的一部分的边缘不规则的治疗表面上的设备。
但是利用与激光源相比显著更廉价的UV灯，所必需忍受的缺点是，延长了对病人的治疗时长，因为由UV灯发出的光功率的仅仅一部分能够被光学器件捕获并且进行光学利用。
因此，紧迫地需要一种用于对所选皮肤表面进行廉价照射的照射设备，所述设备除此之外还实现更短的治疗时长。
发明内容
本发明的任务是，在治疗病人时缩短治疗时长。
该任务通过一种用于用来自辐射源的电磁辐射照射或治疗身体表面的方法来解决，其中所述身体表面包含至少一个边缘不规则的治疗表面，所述治疗表面被确定并被照射，例如为630x840mm的所述身体表面例如被划分为一定数目的部分表面、例如大小为90x120mm的7x7个部分表面，所述部分表面至少部分地包含所述治疗表面并且包含在每个部分表面中的治疗表面部分顺序地或滚动地或分步地或者有针对性地被用辐射剂量光照。在此，应将辐射剂量理解成时间与落到治疗表面上的辐射的功率之积。在UV灯功率不变的情况下，辐射未被定向到整个身体表面上，而是仅仅被定向到小得多的部分表面上。因此，功率密度（即每单位面积的功率）例如被提高49倍。因此，部分表面的照射时间可以以相应倒数的形式减小，以便让相同剂量落到被照射的部分表面上。如果所有部分表面被相继照射，则不能发现对病人的治疗时长的减小。但是病人的症状极少是由覆盖整个身体表面的治疗表面构成的。更常见的是，在身体表面上存在许多边缘不规则的较小治疗表面。在这种情况下，大量的部分表面中根本不含治疗表面部分，从而这些部分表面不需要照射。于是，这些部分表面可以被跳过。由于仅须照射部分表面的子集、在大多数情况下为1至5个部分表面，因此令人意想不到地减小了病人的治疗时间。因此，缩短病人的治疗时间这一任务得到解决。
也就是说，功率密度因此有利地被提高。与例如为630x840mm的身体表面、即最大总照射表面相比，部分表面具有高49倍的能量密度。由辐射源提供的总功率不是分布在可用身体表面的整个伸展上，而是仅仅被应用于所挑选的部分表面上。通过照射所挑选的部分表面，与常规方法相比产生时间优点，使得还提高了该方法的经济性。随着部分表面的面积的减小，在一些情况下也可以减小所使用的辐射源的输出功率，使得产生更小的购置成本并且得到光源的延长的寿命。缩短的治疗时间允许更高的设备利用率，并且因此缩短治疗和等待时间。照射剂量有利地在
与
之间。于是，部分表面无缝地在前一个以后被顺序地照射，使得得到治疗表面的马赛克形式的图像。可以通过逐行或逐列地接近身体表面上的部分表面来达到和光照身体表面的要照射的部分表面。在这样的分步重复方法的情况下，治疗头必须总是加速、行进和减速，以便通过机械系统将部分表面再次合并。
但是替代于刚才描述的分步重复方法，更好的是直接接近要光照的部分表面，因为产生更少的加速和减速时间。
当以滚动方式接近彼此相继的部分表面时，照射设备的整个机械系统被基本上免除了所产生的加速度和减速度力。在此，根据行或列内容的滚动图像的类型，与行进速度同步地转移到相邻的行或列，并且仅仅重新写入或删除最外面的列或行。由相应的移位寄存器来充当存储器。
[A2]在该方法的一个扩展方案中规定，确定治疗表面的拓扑。由于在许多情况下，治疗表面不是平面的而是具有高度和深度，也就是说，部分表面具有与光学器件的光轴不同的法向，因此也得出落到单位面积上的辐射的相应的功率密度差异。在检测治疗表面的拓扑以后，可以计算出该影响，并且对部分表面的每个像素进行校正，使得可以与到光轴的角位置无关地给出与损伤相对应的剂量。
[A3]通过确定用于治疗治疗表面的辐射剂量分布，根据部分表面的每个像素的损伤强度，相应的个别化的辐射剂量可以到达治疗表面。所建立的极限值也可以依赖于位置地定义和精确地遵守。
[A4]通过重复地确定治疗表面，可以根据重复频度相应快速地识别和补偿位置改变。例如，可以在每次照射部分表面以后重新确定治疗表面并且用所确定的改变矢量来校正部分表面的位置。这越频繁地进行，则校正可以越精确和快速地进行。其极限是由计算的速率来确定的。为此所需的计算过程不应扭曲对部分表面的照射。
[A5]如果还确定了部分表面和/或身体表面上的最大辐射功率分布，则还可以有利地补偿成像光学器件的光强误差。为了测量辐射功率分布，例如给身体表面的所有部分表面施加未经调制的光，并且以合适的方式测量其局部功率。在理想情况下，不会发现局部差异。于是，这对部分表面的每个像素也成立。但是如果例如从光轴朝向边缘得出部分表面的像素的局部功率差异，则控制装置可以执行相应的校正，以便成像误差也不会影响辐射的局部剂量。
[A6]通过经由光调制器、优选微镜执行器的调制将辐射功率分布与局部照射剂量分布相匹配，可以按照有病皮肤位置的经个别化地匹配的治疗来特别精确地调整照射剂量。超过剂量的风险被最小化。通过依赖于时间的经强度调制的照射，有利地可以通过照射剂量的特殊的时间模式进一步正面地影响皮肤表面。
[A7]如果通过改变光调制器的成像比例来调整辐射功率密度，并且选择光调制器在身体表面上的成像作为部分表面，则也可以特别适宜地利用微镜执行器来调整最大可实现的辐射密度。不同大小、形状和变型的微镜执行器是可获得的。有利地，可以任意地达到治疗学上所期望的阈值或者可靠地不超过治疗学上危险的极限值。
[A8]该任务还通过一种用于照射或治疗表面的装置来解决，其包括至少一个辐射源、具有用于将光调制器成像在身体表面上的光学器件的至少一个治疗头、用于识别身体表面中的至少一个要照射的治疗表面的装置、至少一个光调制器、尤其是微镜执行器，其特征在于，所述装置具有控制装置，所述控制装置被构造为将所述身体表面划分成部分表面并且具有由其控制的位置驱动装置，该位置驱动装置被构造为根据要照射的部分表面将所述治疗头对准所述部分表面。所述照射面的伸展被合理地划分成所述身体表面的部分表面。如果这样的部分表面仅仅包含照射面的一部分，则这意味着，照射面的不规则的边缘的片段经过所述部分表面。于是，利用微镜执行器为了光照而开启照射面侧的像素，并且关闭其他像素。在光照时，不具有边缘片段、但是具有照射面部分的部分表面的像素被完全开启。其余部分表面、即没有边缘并且没有照射面部分的那些部分表面不被接近并且不被光照。由此有利地缩短了治疗时间。
[A9]在该装置的一个有利的实施方式中，其具有用于安放身体的板以及用于可行进地固定治疗头的门架。在该板上，病人可以占据舒适的躺卧位置并放松。治疗头可以自由地布置在病人之上、门架处。在那里，治疗头可以多轴地定位。借助于治疗头的自由定位能力，实现了所有皮肤表面的最优照射。因此，有利地还可以尤其是在门架的支柱被构造为可转动时照射弯曲的皮肤表面。照射头的自由定位能力附加地允许调整治疗头与皮肤表面之间的距离。
[A10]将门架构造为可相对于板行进这一措施使得能够自由达到几乎所有皮肤位置，而不必执行病人的位置改变。
根据本发明的方法和装置可在工业上用于辐射的美容供给、例如用于使皮肤晒成褐色。但是还可以在诊断学和研究范围内光照其他生物培养基。而且在诸如光化学、光生物学或UV粘合剂技术之类的其他工业应用领域中，可以应用该照射设备，只要其涉及波长范围为280nm至2500nm的位置精确和可强度调制的照射、例如用于照射液态塑料及其交联以用于制造三维本体。
附图说明
按照附图来示例性地阐述本发明的一个优选的实施方式。具体而言，附图：
图1示出了治疗顺序的示意图；
图2示出了根据本发明的装置的立体图；以及
图3示出了处于该装置的躺卧面上的人的立体图，其具有投影到皮肤表面上的光栅格。
具体实施方式
在图1中示出了最大可能的照射面，该照射面在本申请中称为身体表面6。身体表面6表征要治疗的人2（图3）的皮肤表面上的可被治疗头7到达的工作区域、例如对于单侧半个人体为70cm x90cm、即总共6300cm2。治疗表面20要么手动确定并输入到控制装置8中、要么通过对受损皮肤区域进行自动图像识别来识别。为了遮蔽身体表面6，将光框架10（图3）投影到身体表面6上。在此，光框架的栅格有利地对应于身体表面6到其部分表面矩阵的划分、即在所示情况下为11x14个部分表面。
图像识别是利用相机执行的，该相机还分析所投影的栅格或所投影的条纹图案以用于确定治疗表面的拓扑。对于每个部分表面9或者更好地还对于部分表面的每个像素，确定其到光轴的方向并且计算校正因子，利用所述校正因子以精确到像素的方式将辐射功率校正为使得在每个表面部分上施加所期望的剂量。
通过控制装置8（图2），由治疗人员输入以精确到像素的方式定义的对治疗表面6的参数化，或者由自动图像识别根据自动执行的诊断和/或自动确定的拓扑和/或设备特定的功率分布操控所提出的值。在此，该参数化尤其是取决于有病的皮肤区域21的分布和强度。由于该参数化，治疗表面6被控制装置8划分成一组部分表面5，所述部分表面5包含治疗表面21的诸部分并且因此必须被照射。控制装置8被编程为使得在未输入参数化的情况下自动生成身体表面6的所有部分表面的编组。
在此，所有部分表面9的面积之和对应于身体表面6。各个部分表面9对应于光调制器、优选DMD的所投影的面。该DMD由逐行和逐列布置的镜子的矩阵构成，其中所述镜子中的每一个都表示部分表面9的像素23。
使用自动图像识别来确定有病皮肤区域21及其精确到像素的位置。为此，治疗头7行进经过整个身体表面6。接着，通过治疗头7将适用于图像识别和诊断的辐射光谱发射到身体表面上。光谱被皮肤表面23的反射被相机接收到。通过分析所反射和接收的辐射光谱来诊断异常的有病皮肤区域21，并且将该诊断分配给每个像素。因此，相机的分辨率应当至少对应于身体表面6中所存在的像素的数目。如果相机的分辨率不满足该要求，则诊断也可以对每个部分表面9单独地进行，并且存储在控制装置8中。在这种情况下，满足光调制器的像素数目的相机分辨率就足够了。
仅仅照射具有治疗表面21的部分的该组5部分表面9。在部分表面9内，又仅仅存在并存储像素23的面以用于相应的诊断，并且所述面因此应当被分配给治疗表面21。为此在图1中示出了照射序列。要照射的该组5部分表面9以最上方左边的起始表面28开始根据顺序30被照射。在所示情况下，要光照的部分表面被逐行地接近。治疗头7从起始表面28运动至下一右边的停靠点31并且照射相关的部分表面9。在此，处于其之间的部分表面9被略过，因为其不具有治疗表面21的部分。通过重复的分步重复，沿着顺序30（其也表示治疗头7的路径）照射整个治疗表面21，直到在达到结尾表面21以后结束治疗。关于每个像素23，在控制装置8中存储有要供给的辐射的剂量。最大剂量是与像素面有关的最大功率与照射时长之积。对于所有部分表面9而言，照射时长是相等的。通过以可变占空比以高频进行的闭合和打开微镜，对落到治疗表面21的像素面上的辐射的功率在0与最大功率之间进行调整。因此，闭合和打开微镜的该频率还改变皮肤表面24在治疗时长期间的照射剂量。光学器件对部分表面9中的功率分步的影响、以及对治疗表面21的拓扑的影响在计算剂量时被校正为使得每个部分表面9都获得所期望的剂量。
治疗表面21的图像识别重复执行。通过比较两个图像识别结果，识别治疗表面21的位置改变并且确定该改变的矢量。利用该矢量，有规律地校正要光照的像素23的矩阵，使得病人在治疗期间的运动不对治疗产生影响。
在图2中示出了用于执行根据本发明的方法的装置11。装置11由框架、门架12构成，该门架12包括两个侧面支柱13和上部连接横梁14以及用作下部横梁的板16。门架12的侧面支柱13分别被铰链15分割。通过该铰链，门架的上部分可以相对于侧面支柱13的下部分向每侧转动大致30度。在铰链15之下布置板16，所述板16充当病人2的躺卧面。为了安放病人2，该板与侧面支柱13以高度可调节的方式连接。板16形成框架12的下部横梁14。在框架12的上部横梁14处固定有线性驱动装置18以用于治疗头17沿着水平轴17行进。附加地，治疗头7可以沿着垂直轴4行进。框架12的两个侧面支柱13的以上部横梁14形式的水平连接与在围绕铰链15偏转侧面支柱13的上部分时的转动角33相反地转动角度32。在此，治疗头7保持其垂直取向。
为了能够更好地到达病人的侧面皮肤区域，转动运动的该耦合也可以取消。
装置11的控制装置8借助于杆保持装置25与装置11连接。可替代地，控制装置8以电缆或无线电连接方式与治疗头4的各个定位驱动装置的功率电子器件连接。作为定位驱动装置任选地使用电轴螺母驱动装置或线性驱动装置。
图3示出了处于板16上的人2的视图。通过投影到皮肤表面24上的光栅格10来使治疗头7可到达的身体表面6为可辨别的。光栅格将身体表面9分成部分表面9。这些部分表面的子集还包含治疗表面21的部分，所述部分的边界用20来标出。仅仅部分表面9的组5包含治疗表面21。仅仅该组部分表面随后被治疗头接近。
附图标记列表
1.
2.人
3.
4.
5.部分表面的组
6.身体表面
7.治疗头
8.控制装置
9.部分表面
10.光栅格
11.装置
12.框架
13.侧面支柱
14.上部横梁
15.铰链
16.板
17.线性轴
18.伺服驱动装置
19.
20.边界
21.治疗表面
22.
23.像素
24.皮肤表面
25.
26.杆保持装置
27.铰链轴
28.起始表面
29.结尾表面
30.顺序
31.停靠点
32.角度
33.角度
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于用来自辐射源的电磁辐射照射身体表面的方法，其中所述身体表面包含至少一个边缘不规则的治疗表面，所述治疗表面被确定并被照射，其特征在于，将所述身体表面划分成一定数目的部分表面，所述部分表面至少部分地包含所述治疗表面，并且顺序地或滚动地或分步地或者有针对性地用辐射剂量照射包含在每个部分表面中的治疗表面部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述治疗表面的拓扑。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定用于治疗所述治疗表面的辐射剂量分布。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，重复地确定所述治疗表面。
5.根据前述权利要求之一或多个所述的方法，其特征在于，确定所述部分表面和/或身体表面上的最大辐射功率分布。
6.根据前述权利要求之一或多个所述的方法，其特征在于，通过光调制器、优选微镜执行器的调制将辐射功率分布与局部照射剂量分布相匹配。
7.根据前述权利要求之一或多个所述的方法，其特征在于，通过改变所述光调制器的成像比例来调整辐射功率密度，并且选择所述光调制器在所述身体表面上的成像作为部分表面。
8.一种用于照射或治疗表面的装置，包括：
－至少一个辐射源；
－至少一个治疗头，其具有用于将光调制器成像在身体表面上的光学器件；
－用于识别所述身体表面中的至少一个要照射的治疗表面的装置；
－至少一个光调制器、尤其是微镜执行器；
其特征在于，所述装置具有控制装置（8），所述控制装置（8）被构造为将所述身体表面（9）划分成部分表面（3）并且具有由其控制的位置驱动装置（4），所述位置驱动装置（4）被构造为根据要照射的部分表面（3）将所述治疗头（5）对准所述部分表面（3）。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置具有用于安放身体的板、以及用于可行进地固定所述治疗头的门架。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述门架被构造为可相对于所述板行进。
Claims (10)
1.一种用于用来自辐射源的电磁辐射照射或治疗身体表面的方法，其中所述身体表面包含至少一个边缘不规则的治疗表面，所述治疗表面被确定并被照射，其特征在于，将所述身体表面划分成一定数目的部分表面，所述部分表面至少部分地包含所述治疗表面，并且顺序地或滚动地或分步地或者有针对性地用辐射剂量照射包含在每个部分表面中的治疗表面部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述治疗表面的拓扑。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定用于治疗所述治疗表面的辐射剂量分布。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，重复地确定所述治疗表面。
5.根据前述权利要求之一或多个所述的方法，其特征在于，确定所述部分表面和/或身体表面上的最大辐射功率分布。
6.根据前述权利要求之一或多个所述的方法，其特征在于，通过光调制器、优选微镜执行器的调制将辐射功率分布与局部照射剂量分布相匹配。
7.根据前述权利要求之一或多个所述的方法，其特征在于，通过改变所述光调制器的成像比例来调整辐射功率密度，并且选择所述光调制器在所述身体表面上的成像作为部分表面。
8.一种用于照射或治疗表面的装置，包括：
－至少一个辐射源；
－至少一个治疗头，其具有用于将光调制器成像在身体表面上的光学器件；
－用于识别所述身体表面中的至少一个要照射的治疗表面的装置；
－至少一个光调制器、尤其是微镜执行器；
其特征在于，所述装置具有控制装置（8），所述控制装置（8）被构造为将所述身体表面（9）划分成部分表面（3）并且具有由其控制的位置驱动装置（4），所述位置驱动装置（4）被构造为根据要照射的部分表面（3）将所述治疗头（5）对准所述部分表面（3）。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置具有用于安放身体的板、以及用于可行进地固定所述治疗头的门架。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述门架被构造为可相对于所述板行进。
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Owner name: LUMEIDE TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: LUELLAU ENGINEERING GMBH Effective date: 20141106 |
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