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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe mit
Lichtimpulsen, mit einem Gehäuse, zumindest einer Lichtquelle
zur Aussendung der Lichtimpulse mit einer Wellenlänge von 600
nm bis 660 nm, einem Modulator und einer Leistungsstufe zur Erzeugung
der Lichtimpulse, und mit einem Aktivierungselement.
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Prinzipiell
ist die vorliegende Erfindung auf die Bestrahlung von menschlichem
Gewebe, insbesondere der Haut und der darunter angeordneten Regionen,
gerichtet. Es sind aber auch Anwendungen möglich, bei welchen,
beispielsweise über ein Endoskop oder dergl., das Gewebe
innerer Organe mit Licht bestrahlt und Krankheiten entsprechend
behandelt werden. Auch ist eine Anwendung bei Tieren grundsätzlich
möglich.
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Vorrichtungen
und Verfahren zur Bestrahlung von Gewebe mit Licht sind zu unterschiedlichen Zwecken
bekannt. Mittels phototherapeutischer Verfahren können
bestimmte Hauterkrankungen durch Bestrahlung mit Licht, mit einer
speziellen Wellenlänge oder mit Kombinationen verschiedener
Wellenlängen gelindert oder geheilt werden. Beispielsweise können
Hauterkrankungen, wie z. B. die Schuppenflechte, mit Bestrahlung
mittels ultraviolettem Licht behandelt werden. Unter der photodynamischen Therapie
(PDT) versteht man Verfahren zur Behandlung von Tumoren und anderen
Gewebeveränderungen mit Licht in Kombination mit einer
lichtempfindlichen Substanz, einem so genannten Photosensibilisator.
Der dem Patienten verabreichte Photosensibilisator reichert sich
selektiv im Tumor an. Durch Bestrahlung mit Licht geeigneter Wellenlänge
werden durch photophysikalische Prozesse toxische Substanzen erzeugt,
welche den Tumor gezielt schädigen. Nachteilig dabei sind
die Nebenwirkungen des Photosensibilisators.
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Die
EP 320 080 A1 beschreibt
eine Vorrichtung und ein System zur Biostimulation von Gewebe, wobei
Lichtwellen mit zumindest zwei verschiedenen Wellenlängen
eingesetzt werden, wodurch es auf Grund der Mischung der verschiedenen
Frequenzen zu einer verbesserten Wirkung auch in tieferen Gewebsregionen
kommt.
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Die
EP 726 083 A2 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur therapeutischen Behandlung
von Gewebe unter Verwendung von Lichtwellen mit einer Wellenlänge
von 600 bis 700 nm.
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Beispielsweise
beschreibt die
WO 2006/005088
A1 eine Vorrichtung zur photodynamischen Behandlung von
Erkrankungen des Gewebes, unter Verwendung einer Leistungsleuchtdiode
im Rotlichtbereich, bei der die Wirkung der Strahlung auf den Patienten,
mit Hilfe eines Sensors, erfasst wird. Dadurch können geringere
Leistungsdichten verwendet und die Wärmebelastung für
den Patienten reduziert werden. Für die Ableitung der dennoch
auftretenden relativ hohen Verlustleistungen sind jedoch relativ
große Kühlkörper erforderlich.
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Die
US 5,698,866 A zeigt
eine Einrichtung zur photodynamischen Therapie mit einem Array von Leuchtdioden,
welche eine genaue Regelung der Belichtung und eine genaue Dosimetrie
mit Hilfe eines durch ein faseroptisches System gebildeten Sensors ermöglicht.
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Die
WO 02/062420 A1 zeigt
ebenfalls eine Einrichtung zur photodynamischen Therapie, bei der Sensoren
vorgesehen sind, welche zur Regelung der Bestrahlungsdauer herangezogen
werden. Die Einrichtung ist relativ komplex und groß aufgebaut,
weshalb sie sich nur für den Einsatz in Spitälern
oder Arztpraxen eignet.
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Die
WO 97/35635 A2 beschreibt
ein Gerät zur Behandlung von biologischem Gewebe mittels Laserlicht
mit bevorzugten Wellenlängen von 1064 nm und 2500 nm. Nachteilig
dabei ist, dass der Absorptionsgrad biologischen Gewebes bei derartigen Wellenlängen
relativ gering ist und somit für die Erzielung eines Effekts
sehr hohe Leistungsdichten eingesetzt werden müssen, die
wiederum zu Schmerzen für den Patienten führen.
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Bei
allen photodynamischen Therapieverfahren kommt es durch den Photosensibilisator
meist zu unerwünschten Nebeneffekten und Beeinträchtigungen.
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Die
US 6,736,807 B2 zeigt
eine Depiliervorrichtung unter Verwendung von Laserlicht. Zur dauerhaften
Zerstörung von Haarwurzeln müssen dabei relativ
hohe Leistungsdichten eingesetzt werden. Die verwendeten Wellenlängen
dringen nicht sehr weit in das zu behandelnde Gewebe ein, weshalb
eine Behandlung tieferer Gewebsregionen mit derartigen Laserlichtquellen
nicht möglich ist.
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Weiters
sind Verfahren und Vorrichtungen zur Stimulierung von Akupunkturpunkten
mittels Laserlicht bekannt. Beispielsweise beschreibt die
DE 101 28 629 A1 eine
Licht emittierende Vorrichtung in Form eines Hautpflasters, bei
der von einer Laserdiode erzeugte Lichtimpulse anstelle der mittels
Akupunkturnadeln erzeugten Einstiche, für die Akupunkturbehandlung
genutzt werden.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer möglichst
kleinen, kostengünstigen und wirkungsvollen Vorrichtung
zur Bestrahlung von Gewebe mit Licht, durch welche bei möglichst
geringer Behandlungsdauer und möglichst geringen Schmerzen
für den Patienten ein möglichst guter Therapieerfolg
resultiert und welche sich für verschiedene Therapieanwendungen
eignet. Insbesondere soll die gegenständliche Vorrichtung
für die Behandlung von entzündlichen Gewebserkrankungen einsetzbar
sein und möglichst geringe Belastungen und Nebenwirkungen
für den Patienten mit sich bringen. Die Vorrichtung soll
sich auch für eine Anwendung durch den Patienten zu Hause
eignen und demnach möglichst handlich, einfach und sicher
bedienbar sein. Nachteile des Standes der Technik sollen vermieden
oder zumindest reduziert werden.
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Gelöst
wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine oben
genannten Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe, wobei der Modulator
zur Erzeugung der Lichtimpulse mit einer Pulsfrequenz von 1 bis
10 Hz ausgebildet ist und die Leistungsstufe zur Erzeugung der Lichtimpulse
mit einer Spitzenleistungsdichte ≥ 50 mW/m2 bezogen
auf das Tastverhältnis ΔT/T ausgebildet ist, resultierend
in einer Energie, welche bei der Behandlung von Entzündungen ohne
Sensibilisation eine Zwei-Photonenabsorption oder Frequenzverdopplung
im bestrahlten Gewebe hervorruft. Die gegenständliche Vorrichtung
zur Bestrahlung von Gewebe mit Lichtimpulsen eignet sich hervorragend
zur Behandlung einer Reihe von Haut- bzw. Gewebserkrankungen, insbesondere
entzündlicher Erkrankungen, wie beispielsweise Psoriasis, Neurodermitis,
Pilzerkrankungen aber auch zur Behandlung von Melanomen, letztere
unter Zugabe von geeigneten Photosensibilisatoren. Durch das Pulsen des
Lichts mit 1 bis 10 Hz können Schmerzen, bei dennoch relativ
hohen Leistungsdichten gegenüber herkömmlichen
Bestrahlungsvorrichtungen, deutlich reduziert werden. Die Begründung
für die Wahl der Pulsfrequenz liegt im Effekt jener Zeit,
welche benötigt wird, um zerstörte Zellen oder
Zellteile über das Blut abzutransportieren. Untersuchungen
haben beispielsweise gezeigt, dass mindestens 0,2 Sekunden dazu
benötigt werden, dass jene Teile, welche durch das Licht
zerstört werden, über das Blut abtransportiert
werden. Im Falle einer höheren Pulsfrequenz bzw. einer
niedrigen Pulsdauer, würde das abzutransportierende Material
nicht rechtzeitig vor dem nächsten Lichtimpuls über
das Blut abgeführt werden können, was sich durch
verringerte Eindringtiefe und Schmerzen äußert.
Darüberhinaus ist durch das Pulsen von Licht die Wärmeentwicklung
geringer und dadurch auch die Schmerzempfindung aufgrund einer Hitzeeinwirkung
ausgeschlossen. Abgesehen von der verwendeten Pulsfrequenz ist auch
die Energie der Lichtimpulse wesentlich, welche erfindungsgemäß so
gewählt wird, dass im Gewebe eine so genannte Zwei-Photonenabsorption
oder eine Verdopplung der Frequenz auftritt. Dabei können
mit den angegebenen Werten für die Spitzenleistungsdichte
der Leistungsstufe zur Erzeugung der Lichtimpuse optimale Ergebnisse
erzielt werden. Bei der Zwei-Photonenabsorption (two photon absorption
TPA) werden gleichzeitig Zwei-Photonen durch ein Atom oder Molekül
im bestrahlten Gewebe absorbiert und gleichzeitig das Atom oder
Molekül dadurch in einen angeregten Zustand übergeführt.
Dabei kommt es aufgrund nichtlinearer Prozesse zu einer Verdopplung der
Frequenz bzw. einer Halbierung der Wellenlänge des einstrahlenden
Lichts, was im gegenständlichen Fall zur Erzeugung einer
Strahlung im UVB-Bereich (d. h. bei einer Wellenlänge λ im
Bereich von 300 nm bis 330 nm) führt. Die UVB-Strahlung
kann zu einer Zerstörung von Stoffen führen, welche
für die Erkrankung des Gewebes verantwortlich sind. Dabei
wird in der Literatur insbesondere Leukotrien B4 (LTB4) oder dessen
Derivate, das ist eine hormonähnliche Substanz, welche
im Zusammenhang mit allergischen und entzündlichen Reaktionen
des Körpers auftritt, erwähnt (B. Millar
et al.: A study of the photodegradation of leukotrien B4 by ultraviolet
irradiation (UVB, UVA), British Journal of Dermatology (1989) 120,
p. 145–152). Durch die Zwei- Photonenabsorption
oder Frequenzverdopplung kann der Wirkstoff Leukotrien B4 (LTB4)
oder dessen Derivate gehemmt oder umgewandelt werden und somit die
Erkrankung behandelt bzw. geheilt werden. Für das Auftreten
der Zwei-Photonenabsorption oder Frequenzverdopplung im Gewebe sind
relativ hohe Leistungsdichten erforderlich, die auf die jeweilige
Anwendung abgestimmt werden müssen. Untersuchungen haben
gezeigt, dass die Zwei-Photonenabsorption oder die Frequenzverdopplung
im Gewebe messbar ist. Somit kann für die Behandlung bestimmter
Erkrankungen die erforderliche Lichtdosis aus Erfahrungswerten bestimmt
werden und danach, je nach verwendeter Pulsfrequenz und verwendetem
Tastverhältnis, die für die Zwei-Photonenabsorption
erforderliche Leistungsdichte der Lichtquellen bestimmt werden.
Im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen ist es mit der gegenständlichen
Bestrahlungsvorrichtung möglich, bei sehr kurzer Behandlungsdauer
und ohne Schmerzen für den Patienten sowie in der Regel ohne
Nebenwirkungen durch z. B. direkte UVG-Strahlung oder Photosensibilisatoren
ein optimales Behandlungsergebnis zu erzielen. Es ist daher möglich
durch die Verwendung von Rotlicht, im angegebenen Wellenlängenbereich,
eine optimale Absorption der Lichtstrahlung im Gewebe zu erzielen, wobei
am Ort der Erkrankung, d. h. im Gewebe, UVB-Strahlung erzeugt wird,
welche zur Hemmung oder Zerstörung der für die
Erkrankung verantwortlichen Mediatoren führt. Würde
das Gewebe direkt mit Licht im UVB-Bereich bestrahlt, wäre
die Eindringtiefe sehr gering, da Gewebe zum Großteil aus
Wasser besteht, welches für die UVB-Strahlung nicht transparent
ist. Um dennoch einen Effekt im Gewebe zu erzielen, müssten
daher die Leistungsdichten der Lichtquellen entsprechend hoch gewählt
werden, was wiederum zu Schmerzen, aufgrund der auftretenden Wärme,
führen würde. Darüberhinaus hätte direkte
Bestrahlung mit UVB-Licht, aufgrund des Krebsrisikos, weitere Nachteile.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Modulator
zur Erzeugung der Lichtimpulse mit einem Tastverhältnis
von ≤ 0,6 ausgebildet ist. Versuche haben gezeigt, dass eine
Obergrenze von 60% für das Tastverhältnis optimal
ist. Die Untergrenze ist theoretisch beliebig wählbar,
wird jedoch dadurch definiert, dass die Behandlungszeit in einem
vernünftigen Rahmen bleiben sollte. Würde das
Tastverhältnis sehr gering ge wählt werden, müsste
die Behandlungszeit zur Übertragung der für die
zu behandelnde Erkrankung notwendigen Lichtdosis entsprechend hoch
angesetzt werden. Für den Patienten sind natürlich
kurze Behandlungszeiten von Vorteil, wobei als obere Toleranzgrenze
beispielsweise 30 bis 60 Minuten angegeben werden können.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest
eine Lichtquelle derart am Gehäuse befestigt ist, dass
die zumindest eine Lichtquelle direkt an der Oberfläche
des zu bestrahlenden Gewebes anordenbar ist. Durch eine solche Ausbildung
der Bestrahlungsvorrichtung, können tiefere Regionen des
Gewebes mit Licht behandelt werden. Beispielsweise können
Gelenke zur Behandlung entzündlicher Gelenkserkrankungen
mit Licht bestrahlt werden.
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Wenn
mehrere Lichtquellen entlang einer Linie angeordnet sind, können
Regionen, wie z. B. Gelenksspalte, aber auch das Gewebe zwischen
den Rippen, gezielt behandelt werden. Die Lichtquellen sind jedoch
je nach Anforderung in verschiedenen Mustern anordenbar.
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Alternativ
zur oben genannten Ausführungsform können auch
Abstandselemente zur Herstellung eines definierten Abstands der
zumindest einen Lichtquelle von der Oberfläche des zu behandelnden Gewebes
vorgesehen sein. Diese Ausführungsform eignet sich besonders
zur Bestrahlung der Haut und von Gewebsregionen in unmittelbarer
Nähe der Hautoberfläche. Der Abstand zwischen
den Lichtquellen und der Oberfläche des zu behandelnden Gewebes
wird einerseits auf die zu behandelnde Krankheit aber auch auf die
verwendeten Lichtquellen entsprechend abgestimmt.
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Um
die Vorrichtung auch für verschiedene Anwendungen einsetzen
zu können, ist es auch möglich, die Abstandselemente
verstellbar auszubilden. Dabei können verschiedene Konstruktionen
für die Verstellbarkeit angewendet werden. Darüberhinaus kann
durch Verstellen des Abstands zwischen Lichtquellen und Hautoberfläche
die Energiedichte, bei gleichzeitiger Änderung der bestrahlten
Fläche, verstellt werden.
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Im
Falle der Ausführungsform der Vorrichtung, bei der die
Licht quellen in einem Abstand von der Oberfläche des zu
behandelnden Gewebes angeordnet sind, kann es von Vorteil sein,
dass vor der zumindest einen Lichtquelle eine Linse zum Bündeln der
Lichtstrahlen angeordnet oder die Linse in der Lichtquelle, beispielsweise
Leuchtdiode, integriert ist.
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Im
Falle mehrerer Lichtquellen sind diese in Strahlrichtung, vorzugsweise
zueinander geneigt angeordnet, so dass sämtliche Lichtstrahlen
auf das gewünschte Behandlungsgebiet gerichtet werden.
Aufgrund der Bündelung der Lichtstrahlen kann die Leistungsdichte
der Lichtquellen auf ein notwendiges Minimum reduziert und somit
auch die Verlustleistung der Lichtquellen, welche sich durch Wärmeentwicklung äußert,
verringert werden. Es resultiert ein handlicher Aufbau der Vorrichtung,
der eine breite Anwendung auch durch die Patienten selbst ermöglicht,
wodurch häufige Krankenhaus- oder Arztbesuche entfallen
können.
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Wenn
gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ein
Sensor zur Aufnahme der von der Oberfläche des bestrahlten
Gewebes reflektierten Lichtstrahlen vorgesehen ist, kann einerseits
die Menge des von Gewebe absorbierten Lichts abgeschätzt
werden und beispielsweise zum Regeln der Bestrahlungsvorrichtung
verwendet werden, oder auch der Therapieerfolg quantifiziert und
die Behandlungsdauer festgelegt werden. Durch die Bestrahlung verändert
sich üblicherweise die Zusammensetzung des Gewebes, was
sich in einem veränderten Absorptionsvermögen
des Gewebes äußert. Somit kann über die
Intensität des reflektierten Lichts die Qualität
der Behandlung beurteilt und die optimale Behandlungsdauer bestimmt
werden.
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Vorteilhafterweise
ist der Sensor durch einen Lichtleiter und ein photosensitives Element
gebildet, wobei das freie Ende des Lichtleiters in einem definierten
Abstand von der Oberfläche des Gewebes angeordnet ist und
das andere Ende des Lichtleiters mit dem photosensitiven Element
verbunden ist. Durch den Lichtleiter wird das vom Gewebe reflektierte
Licht zum photosensitiven Element geführt. Zur Erfassung
des reflektierten Lichts ist nur der besonders dünne Lichtleiter
erforderlich, der die Lichtstrahlen der Lichtquellen kaum beeinflusst.
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Vorteilhafterweise
ist der Abstand des freien Endes des Licht leiters veränderbar,
um eine Kalibrierung und Abstimmung der Messung, der von der Hautoberfläche
reflektierten Strahlung, vornehmen zu können.
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Weiters
kann eine eigene Referenzlichtquelle und ein Sensor zur Erfassung
der vom Gewebe reflektierten Referenzlichtstrahlung vorgesehen sein.
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Dabei
wird die Wellenlänge der Referenzlichtquelle optimal an
die jeweiligen Einsatzgebiete angepasst. Dabei hat sich die Verwendung
von UVB-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 280 nm
und 320 nm zur Erfassung des Behandlungserfolgs besonders geeignet.
Die Leistungsdichte der Referenzlichtquelle ist im Vergleich zur
Leistungsdichte der Lichtquellen besonders gering, so dass die UVB-Strahlung
auch keine schädliche Wirkung auf das Gewebe ausüben
kann. Über die Messung des Absorptionsvermögens
von UV-Strahlung des behandelten Gewebes lässt sich der
Behandlungserfolg in geeigneter Weise erfassen bzw. quanitifizieren.
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Wenn
der Sensor mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, kann das gemessene,
reflektierte Licht entsprechend ausgewertet und beispielsweise quantifiziert
werden.
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Wenn
die Auswerteeinheit mit dem Modulator zur Erzeugung der Lichtimpulse
verbunden ist, kann ein geschlossener Regelkreis gebildet werden, wobei
in Abhängigkeit des gemessenen, reflektierten Lichts Parameter
der Lichtimpulse, wie Leistungsdichte, Pulsfrequenz, Tastverhältnis,
Pulsdauer oder dergl. geregelt werden können.
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Vorteilhafterweise
ist der Modulator zur Erzeugung der Lichtimpulse mit einer Pulsfrequenz
von 2,5 Hz und einem Tastverhältnis von 0,5 ausgebildet. Wie
bereits oben erwähnt, werden bei photodynamischer Therapie
etwa 0,2 Sekunden dafür benötigt, die während
der Bestrahlung zerstörten Zellbestandteile über
die Blutbahn abzutransportieren. Bei den angegebenen Parametern
entspricht die Pulsdauer genau diesen 0,2 Sekunden.
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Da
sich die gegenständliche Vorrichtung auch zur Anwendung
durch den Patienten selbst eignen soll, ist es von Vorteil, wenn
keine bzw. keine wesentlichen Einstellmöglichkeiten existieren
und die notwendigen Parameter fix und unverstellbar vorgegeben sind.
Es kann jedoch von Vorteil sein, dass ein Speicher zum Ablegen verschiedener
Werte für die Pulsfrequenz, das Tastverhältnis
und die Leistungsdichte sowie ein Bedienungselement zum Auswählen der
gewünschten Werte aus dem Speicher vorgesehen ist. Dadurch
können in der Vorrichtung verschiedene Einstellungen gespeichert
werden, aus welchen der Bediener des Geräts die gewünschte
Kombination mit Hilfe des Bedienungselements wählt, ohne
dass die Gefahr einer Fehleinstellung und somit einer Fehlbehandlung
existiert.
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Vorteilhafterweise
ist zumindest eine Lichtquelle durch zumindest eine Leuchtdiode
gebildet. Die Leuchtdiode kann eine integrierte Linse aufweisen
oder auch ohne Linse verwendet werden. Leuchtdioden im angegebenen
Wellenlängenbereich, insbesondere im Bereich zwischen 637
nm und 643 nm, sind derzeit besonders kostengünstig erhältlich.
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Wenn
zur Spannungsversorgung Batterien vorgesehen sind, kann die Vorrichtung
unabhängig von einer externen Spannungsversorgung verwendet werden.
Dabei ist es von Vorteil, aufladbare Batterien einzusetzen, um eine
oftmalige Verwendung der Vorrichtung ohne Wechsel der Batterien
zu ermöglichen.
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Um
zu verhindern, dass durch die relativ intensive Rotlichtstrahlung
der Lichtquellen eine Schädigung der Augen einer Person
hervorgerufen wird, kann eine Einrichtung zur Erfassung eines Kontakts der
Lichtquellen oder eines Abstandselements mit der Oberfläche
des zu bestrahlenden Gewebes vorgesehen sein. Durch eine derartige
Erfassungseinrichtung, welche beispielsweise durch einen Mikroschalter
oder ein optisches Element gebildet sein kann, wird ein Aktivieren
der Lichtquellen nur dann ermöglicht, wenn die Vorrichtung
auf der gewünschten Gewebsregion aufgesetzt ist.
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Zu
diesem Zweck ist die Erfassungseinrichtung vorzugsweise mit dem
Modulator verbunden, so dass eine Aktivierung des Modulators nur
dann zulässig ist, wenn ein Kontakt der Lichtquellen oder
eines Abstandselements mit der Oberfläche des zu bestrahlenden Gewebes
erkannt wurde.
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Obgleich
die Vorrichtung möglichst einfach und robust aufgebaut
sein soll, kann eine Anzeige zum Anzeigen des Betriebszustands oder
bestimmter Parameter vorgesehen sein. Die Anzeige kann in einfachster
Weise durch eine oder mehrere Leuchtdioden oder eine Siebensegmentanzeige
bis hin zu einer LCD-Anzeige gebildet sein.
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Vorteilhafterweise
ist das Gehäuse spritzwasserdicht ausgebildet, so dass
die enthaltenen Komponenten entsprechend geschützt sind.
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Um
die Lichtquellen und die Leistungsstufe vor Überhitzung
zu schützen, können diese mit einem entsprechend
dimensionierten Kühlkörper verbunden sein. Für
einen optimalen Wärmetransport können auch entsprechende
Wärmeleitmaterialien, wie z. B. Wärmeleitpasten,
zum Einsatz kommen.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert.
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Darin
zeigen:
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1 eine
schematische Abbildung zur Erläuterung der Zwei-Photonenabsorption
oder Frequenzverdopplung im Gewebe;
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2 das
Spektrum der auftretenden Lichtintensität im Gewebe;
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3 die
Lichtimpulse in Abhängigkeit der Zeit;
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4 ein
Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe mit Lichtimpulsen;
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5A und 5B zwei
Ansichten auf eine Ausführungsform einer Bestrahlungsvorrichtung;
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6 das
Detail VI aus 5B in vergrößerter
Darstellung;
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7A und 7B zwei
Ansichten auf eine weitere Ausführungsform einer Bestrahlungsvorrichtung;
und
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8 den
zeitlichen, von der Art des erkrankten Gewebes stark abhängigen
Verlauf der Intensität des vom Gewebe reflektierten Lichts,
während einer Behandlung.
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1 zeigt
ein Schema zur Erklärung der auftretenden Zwei-Photonenabsorption
(TPA two photon absorption) oder Frequenzverdopplung in Gewebe G.
Das Gewebe G wird mit Lichtimpulsen L der Wellenlänge λ zwischen
600 nm bis 660 nm bestrahlt. Rotlicht mit dieser Wellenlänge λ liegt
im so genannten Wasserfenster und ist daher besonders geeignet,
da menschliches oder tierisches Gewebe bei dieser Wellenlänge λ,
aufgrund des hohen Wasseranteils, besonders transparent ist und
somit sehr viel Lichtenergie vom Photosensibilisator im Gewebe G
absorbiert werden kann. Im entzündlich erkrankten Gewebe
(nicht bei Tumoren) finden sich so genannte Leukrotriene, die bei
allergischen und entzündlichen Reaktionen vermehrt auftreten.
Insbesondere wird das Leukotrien B4 (LTB4)
oder dessen Derivate in Zusammenhang mit entzündlichen
Erkrankungen des Gewebes G genannt. Wird die Wirkung des Leukotrien
B4 (LTB4) oder dessen Derivate gehemmt,
kann die Erkrankung gelindert oder geheilt werden. Durch entsprechende
Energie der Lichtimpulse L tritt im Leukotrien B4 (LTB4)
bzw. dessen Derivaten durch eine Frequenzverdopplung oder Zwei-Photonenabsorption
(TPA) eine Frequenzverdopplung bzw. Wellenlängenhalbierung
auf, welche schlussendlich zu einer Hemmung bzw. Zerstörung
des Leukotrien B4 (LTB4) oder dessen Derivaten
führt. Verantwortlich dafür ist jedenfalls ein
nichtlinearer Effekt, bei dem es zu einer Verdopplung der Frequenz
der einstrahlenden Lichtimpulse L kommt. Dies ist in 1 durch Lichtwellen
im Gewebe G mit der Wellenlänge λ/2, d. h. im
Bereich zwischen 300 nm und 330 nm, also im UVB-Bereich, angedeutet.
Das Gewebe G wird also mit Rotlicht, mit einer Wellenlänge λ von
600 nm bis 660 nm, bestrahlt und das Leukotrien B4 (LTB4) durch
die auftretende Frequenzverdopplung oder Zwei-Photonenabsorption
(TPA) gehemmt oder umgewandelt.
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Wie
im Spektrum gemäß 2 ersichtlich, konnte
eine gewisse Leistungsdichte p des gemessenen Lichts bei der halben
Wellenlänge λ/2 der einstrahlenden Lichtimpulse
L messtechnisch erfasst werden, welche nicht die zweite Harmonische
der Lichtstrahlung der Lichtquelle ist.
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3 zeigt
die wesentlichen Parameter der Lichtimpulse L in Abhängigkeit
der Zeit t. Demnach werden die Lichtimpulse L mit einer Pulsfrequenz
f bzw. einer Periodendauer T = 1/f wiederholt und ein Tastverhältnis ΔT/T
von ≤ 0,6 bzw. 60% ausgesucht. Die Spitzenleistungsdichte p ^ ist
vorzugsweise ≥ 0,05 Watt/cm2 bezogen
auf das Tastverhältnis ΔT/T.
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4 zeigt
ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 zur Bestrahlung von Gewebe G mit Lichtimpulsen
L, umfassend ein Gehäuse 2 mit zumindest einer
Lichtquelle 3 zur Aussendung von Lichtimpulsen L mit einer
Wellenlänge λ von 600 nm bis 660 nm, einem Modulator 4 zur
Erzeugung der Lichtimpulse L und einem Aktivierungselement 5 zum
Aktivieren der Bestrahlungsvorrichtung 1. Der Modulator 4 steuert
eine Leistungsstufe 6 mit der gewünschten Pulsfrequenz
f und dem entsprechenden Tastverhältnis ΔT/T an,
so dass die Lichtquellen 3 mit einem entsprechenden Strom
versorgt werden. Bei den Lichtquellen 3 handelt es sich
vorzugsweise um Leuchtdioden, welche besonders kostengünstig
und in kleiner Bauform erhältlich sind.
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Zur
Versorgung der Komponenten der Vorrichtung 1 mit elektrischer
Energie ist eine Spannungsversorgung 7 vorgesehen, welche
durch ein Netzteil 8 und Anschlüsse 9 zur
Verbindung mit einer Steckdose oder durch eine vorzugsweise wiederaufladbare
Batterie 10 gebildet sein kann. Über ein Einstellorgan 11 können
Parameter der Lichtimpulse L, wie z. B. Pulsfrequenz f, Tastverhältnis ΔT/T
oder die Spitzenleistungsdichte p ^ verändert werden. Bevorzugt
wird jedoch eine Ausführungsform der Vorrichtung 1,
bei der durch den Patienten möglichst keine Veränderungen
der Parameter vorgenommen werden können. Dadurch wird eine
Fehlbedienung und somit eine Fehlbehandlung mit der Vorrichtung 1 vermieden.
Es kann jedoch beispielsweise ein Speicher 12 vorgesehen
sein, in dem verschiedene Werte für die Pulsfrequenz f,
das Tastverhältnis ΔT/T und die Spitzenleistungsdichte p ^ abgelegt
sein können, welche über ein Bedienungselement 13 abgerufen
und eingestellt werden können. Beispielsweise können für
die Behandlung verschiedener Erkrankungen, verschiedene Parameter
im Speicher 12 abgelegt sein.
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Über
einen Sensor 14 kann die vom Gewebe G reflektierte Lichtstrahlung
erfasst und beispielsweise einer Auswerteeinheit 15 zugeführt
werden, um die vom Gewebe G absorbierte Lichtstrahlung und den Therapieerfolg
quantifizieren zu können. Wird die Auswerteeinheit 15 mit
dem Modulator 4 verbunden, kann eine Regelung der Parameter
der Lichtimpulse L, aufgrund der gemessenen, reflektierten Lichtstrahlung,
vorgenommen werden. Es kann eine Referenzlichtquelle 16 vorgesehen
sein, auf die der Sensor 14 hinsichtlich der Wellenlänge λ abgestimmt ist.
Dabei ist eine Wellenlänge λ im UV-Bereich besonders
geeignet, da das Absorptionsvermögen des Gewebes im UV-Bereich
in Abhängigkeit der Behandlung verändert wird
und somit aus der gemessenen reflektierten Lichtstrahlung auf den
Behandlungserfolg rückgeschlossen werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann besonders
klein ausgebildet werden, so dass ein ambulanter Einsatz oder ein
Einsatz durch den Patienten zu Hause vorgenommen werden kann. Natürlich wird
die Größe der Bestrahlungsvorrichtung 1 auf
die Größe der zu behandelnden Gewebsfläche
abgestimmt. Für die Behandlung größerer
Körperregionen sind natürlich auch Standgeräte
möglich.
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5A und 5B zeigen
verschiedene Ansichten einer Ausführungsform der Bestrahlungsvorrichtung 1,
wobei zwei Lichtquellen 3 in einem definierten Abstand
d von der Oberfläche O des zu bestrahlenden Gewebes G angeordnet
sind. Zur Bündelung der Lichtstrahlen sind vor den Lichtquellen 3 Linsen 17 angeordnet
und darüberhinaus die beiden Lichtquellen 3 in
Strahlrichtung zueinander geneigt, angeordnet. Der Abstand d von
den Lichtquellen 3 zur Oberfläche O des zu behandelnden
Gewebes G wird durch ein Abstandselement 18 definiert,
welches im dargestellten Beispiel durch ein zylinderförmiges Element
mit entsprechenden Ausnehmungen 19 an der dem Gewebe G
zugewandten Seite realisiert ist. Durch die Ausnehmungen 19 wird
eine Luftzufuhr gewährleistet und eine Überhitzung
des Gewebes G unter der Vorrichtung 1 vermieden. Die Abstandselemente 18 können
auch verstellbar ausgebildet sein, um eine Verstellung des Abstands
d von den Lichtquellen 3 zur Oberfläche O des
zu behandelnden Gewebes G zu erzielen (nicht dargestellt). Diese
Verstellbarkeit der Abstandselemente 18 kann beispielsweise
durch ein Gewinde oder andere Konstruktionen realisiert werden.
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Die
wichtigsten Komponenten der Vorrichtung 1 sind innerhalb
eines vorzugsweise spritz-wasserdichten Gehäuses 2 angeordnet,
an dem zum Abführen der Verlustleistung Kühlkörper 20 angeordnet sein
können. Die Kühlkörper 20 stehen
insbesondere mit den Lichtquellen 3 und der Leistungsstufe 6 in Wärmekontakt. Über
ein Aktivierungselement 5 erfolgt ein Ein- und Ausschalten
der Vorrichtung 1.
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Über
einen Sensor 14 kann die vom Gewebe G reflektierte Lichtstrahlung
aufgenommen und ausgewertet werden. Der Sensor 14 ist,
wie in 6 in größerem Maßstab
dargestellt, beispielsweise durch einen Lichtleiter 21 mit
einer Isolierung 22 gebildet, die vorzugsweise etwas über
das freie Ende 23 des Lichtleiters 21 hinaussteht,
so dass nur das vom Gewebe G reflektierte Licht erfasst wird. Das
andere Ende des Lichtleiters 21 (nicht dargestellt) wird
innerhalb des Gehäuses 2 mit einem geeigneten
photosensitiven Element verbunden und die eintreffende Lichtstrahlung
entsprechend ausgewertet. Um eine Abstimmung und Kalibrierung des
Geräts zu ermöglichen, kann der Abstand ds des Sensors 14 von der Oberfläche
O des Gewebes G veränderbar sein. Bei der dargestellten
Anordnung zweier Lichtquellen 3 befindet sich der Sensor 14 vorzugsweise
zwischen den Lichtquellen 3 im Zentrum des erzielten Lichtkegels.
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Weiters
kann eine Einrichtung 26 zur Erfassung eines Kontakts der
Lichtquellen 3 oder des Abstandselements 18 mit
der Oberfläche O des zu bestrahlenden Gewebes G vorgesehen
sein, um ein Aktivieren der Lichtquellen 3 nur bei aufgesetzter
Vorrichtung 1 zuzulassen und eine Schädigung der
Augen des Patienten oder anderen Personen durch die intensive Rotlichtstrahlung
der Lichtquellen 3 zu vermeiden. Die Erfassungseinrichtung 26 kann
beispielsweise durch einen Mikroschalter oder ein lichtempfindliches
Element gebildet sein, welches mit einem Teil der elektronischen
Schaltung der Vorrichtung 1 verbunden ist.
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Schließlich
kann eine Anzeige 27 vorgesehen sein, welche den Betriebszustand
der Batterien 10 oder dergl. anzeigt. Anstelle ei ner, durch
eine Leuchtdiode oder dergl. gebildeten Anzeige 27, kann auch
eine LCD-Anzeige vorgesehen sein, welche dem Benutzer der Vorrichtung 1 mehr
Information wiedergeben kann.
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7A und 7B zeigen
eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur
Bestrahlung von Gewebe G mit Lichtimpulsen L, wobei an einem Gehäuse 2 mehrere
Lichtquellen 3 entlang einer Linie angeordnet sind. Am
Gehäuse 2 kann ein Haltegriff 24 angeordnet
sein, in dem beispielsweise die Batterien zur Versorgung der Vorrichtung 1 mit
elektrischer Energie angeordnet sein können. Über
einen Deckel 25 können die Batterien ausgetauscht
werden. Die Vorrichtung 1 wird über das Aktivierungselement 5 ein-
und ausgeschaltet. Diese Ausführungsform der Vorrichtung 1 eignet
sich zur direkten Auflage der Lichtquellen 3 an die Oberfläche
O des zu behandelnden Gewebes G, um höhere Eindringtiefen der
Lichtstrahlen ins Gewebe G zu erzielen. Durch die Anordnung mehrerer
Lichtquellen 3 entlang einer Linie können beispielsweise
Gelenksspalte in tieferen Gewebsregionen erreicht und entsprechend
behandelt werden.
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8 zeigt
einen typischen Verlauf der Intensität I
R des
vom Gewebe G reflektierten Lichts, welches nach Beginn der Behandlung
bis zu einem Spitzenwert I
R ansteigt und
danach relativ steil abfällt. Erfahrungsgemäß kann
die Behandlung bei Erreichen eines unteren Grenzwerts
der
Intensität der reflektierten Lichtstrahlung beendet werden.
Die resultierende Behandlungsdauer t
B soll
30 bis 60 Minuten nicht übersteigen, um eine Akzeptanz
bei den Patienten zu erzielen.
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Die
gegenständliche Vorrichtung 1 zur Bestrahlung
von Gewebe G mit Lichtimpulsen L konnte bei Psoriasis und anderen
Hautentzündungen besonders erfolgreich eingesetzt werden.
Dabei traten keine Schmerzen während der Behandlung auf
und konnte nach bereits wenigen Behandlungen eine wesentliche Verbesserung
oder sogar Heilung erzielt werden. Auch bei malignen Hauterkrankungen,
wie z. B. Basaliome, kann die vorliegende Bestrahlungsvorrichtung 1 unter
gleichzeitiger Anwendung von Photosensibilisatoren erfolgreich verwendet
werden.
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Selbst
bei metastasierenden und höchst gefährlichen Melanomen bestehen
mit dieser Vorrichtung 1 Therapiechancen, wenn ein geeigneter
Sensibilisator gefunden werden könnte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 320080
A1 [0004]
- - EP 726083 A2 [0005]
- - WO 2006/005088 A1 [0006]
- - US 5698866 A [0007]
- - WO 02/062420 A1 [0008]
- - WO 97/35635 A2 [0009]
- - US 6736807 B2 [0011]
- - DE 10128629 A1 [0012]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - B. Millar
et al.: A study of the photodegradation of leukotrien B4 by ultraviolet
irradiation (UVB, UVA), British Journal of Dermatology (1989) 120, p.
145–152 [0014]
