DE3323365A1 - Verfahren und vorrichtung zur ausleuchtung von hohlraeumen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ausleuchtung von hohlraeumen

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Description

• ♦ ·
Gesellschaft für Strahlen- Neuherberg, den 27.6.1983 und Umweltforschung mbH, PLA 8325 Ga/he München
ANR 1068083
Verfahren und Vorrichtung zur Ausleuchtung von Hohlräumen
Beschreibung;
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur gleichmäßigen und gleichzeitigen Ausleuchtung der Innenfläche von Hohlräumen: mit Strahlung zum Zwecke der Beobachtung und/oder Behandlung der Innenflächen.
Bei multilokulär wachsenden Tumoren, z.B. dem Blasenkarzinom, sind neben makroskopisch erkennbaren Tumorherden auch häufig kleinste mikroskopische Tumorbezirke vorhanden. Da letztere bislang durch die konventionellen Therapieverfahren (z.B. "Der Urologe", Ausgabe B, 21.Jg. Heft 3, Juni 1982), nicht erfaßbar sind, treten z.B. beim Blasenkarzinom in ca. 50 % der Krankheitsfälle innerhalb von 15 Monaten nach der Erstbehandlung sog. Tumorrezidive auf.
Die bisher angewandten Therapieverfahren beim Blasenkarzinom umfassen die transurethrale Resektion, die Blasenteilresektion, die Tumorkoagulation mit elektrischem Strom oder Laserstrahlung (Nd-YAG, Argon-Laser) Lokale Zytostatikainstillationen in die Blase konnten die Rezidrstjuote oberflächlich wachsender Tumoren um maximal 30 % mindern. Weder die im Experimentalstadium befindliche lokale Hyperthermie noch die Anwendung ionsierender Strahlen haben jedoch zu wesentlichen Verbesserungen geführt.
Es ist auch bekannt (siehe z. B. J. of Urology, Vol.115, February, S. 150 —151), in der Innenwand von Hohlor-ί ganen verstreut wachsende Tumoren durch Verabreichung
geeigneter chemischer Substanzen wie Hämatoporphyrin-Derviat (HpD), Hämatoporphyrin, Porphyrine, Tetrazykline, Akridimorange usw. tumorselektiv lichtempfindlich zu machen, d.h. zu photosensibilisieren. Die Bestrahlung mit geeignetem Licht, bei HpD z.B. rotes (Laser-)Licht, führt dann im photosensxbilisierten Gewebe zu photochemischen Reaktionen, die letzlieh eine Zerstörung des Tumorgewebes bewirken. Normales, nicht photosensibilisiertes Gewebe dagegen wird durch die niederenergetische Lichtbestrahlung nicht geschädigt.
Auch in der Technik, insbesondere im Kraftfahrzeug bau, gibt es Probleme, wenn fast nicht oder nur schlecht erreichbare Hohlräume in Gegenständen aufgesucht, beobachtet und/oder zur Versiegelung bestrahlt werden sollen. Die gleiche Problematik liegt in der Konservierungsbranche vor, wenn z.B. Hohlräume in archäologischen oder historisch wertvollen Bauten oder Gegenständen vor weiterem Verfall oder aus Stabilitätsgründen zu versiegeln sind.
Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht nunmehr darin, ein Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zu bieten, mit dem gleichmäßige und gleichzeitige integrale Bestrahlungen der Innenfläche zumindest von Teilen von Hohlräumen ermöglicht werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 6 beschrieben. Die übrigen Ansprüche geben vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten, Weiterbildungen und Ausführungsbeispiele der Erfindung wieder.
Mit der erfindungsgemäß angewendeten integralen Bestrahlung werden neben den rein technischen Versiegelungs- und Konservierungsvorgängen zwei medizinische Verfahren durchführbar, nämlich die Diagnose und die Therapie von z.B. Karzinomen in Hohlorganen, die durch chemische Substanzen ggf. aufgrund unterschiedlicher Abbauarten durch karzinomatöses bzw. normales Gewebe photosensibilisiert wurden.
Die Photosensibilisierung kann durch systematische Verabreichung oder Instillation in das betreffende Hohlorgan erfolgen.
Die erfindungsgemäß benutzte gleichmäßige Bestrahlung hat die Vorteile, daß
1. alle Tumorzellen therapeutisch erfaßt werden können, unabhängig davon, ob sie auch vollständig diagnostiziert wurden,
2. Maßnahmen zur Ausrichtung des Lichtstrahls und deren Konstanthaltung entfallen können,
3. ein zu verwendendes Katheter keine Sichtoptik enthalten muß und daher dünner gestaltet werden kann, wodurch die Belastung für den Patienten und die Gefahr iatrogener Schäden (z.B. Strikturen) vermindert wird, und
v v - W <*
4. die Dosierung über das Produkt Leistung und Zeit erfolgt, woraufhin notwendige hohe Dosierungen mit hohen Bestrahlungszeiten möglich sind.
Im Falle ständiger Sichtkontrolle der gerichteten Strahlung wären der Therapiedauer praktisch Grenzen gesetzt, die im 5-Minuten-Bereich anzusetzen sind. Die integrale Bestrahlung ermöglicht dahingegen eine Dauertherapie über Zeiträume von vielen Stunden.
Es handelt sich demnach um ein integrales Verfahren ohne mühsames Scannen. Das erfindungsmgemäße JZerfahren gestattet die diagnostische und therapeutische Erfassung multilokulärer Tumoren, die visuell nicht nachgewiesen bzw. lokalisiert werden können ("carcinoma in situ")· Die Methode ist wenig invasiv und kann daher auch bei internistischen Risikopatienten (häufige Patientengruppe für derartige Tumoren) u.U. ohne Narkose durchgeführt werden.
Neben einer Verbesserung der Carcinomtherapie ist eine Senkung des Operationsrisikos und eine Reduzierung der sogenannten Rezidivquote und damit eine wesentliehe Verbesserung der Lebensqualität der Blasencarcinom-Kranken zu erwarten.
Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele, die.sich mit medizinischen Anwendungen befassen, aber andere technische Anwendungen nicht ausschließen, schematisch mittels der Fig. v.nä 2 näher beschrieben.
In der Fig. 1 ist eine Blase als Hohlorgan 1 dargestellt, an deren Innenwandung 2 sich Tumoren 3 befinden. Der Innenraum des Hohlorgans 1 ist vollständig mittels eines flüssigen Streumediums 4 aufgefüllt, welches über ein Katheter 5 mit stetigem Ab- und Zufluß 7, 8 für das Streumedium 4 eingebracht werden kann. Die zur Photosensibilisierung der Tumoren 3 bzw. zu Diagnosezwecken dienende Strahlung(en) wird in das Hohlorgan 1 über den im Katheter 5 angeordneten Lichtleiter 6 eingebracht. Dieser meist flexible Lichtleiter 6 besitzt ein spitz ausgezogenes oder kugelförmiges Ende 7, welches möglichst zentrisch im Hohlorgan 1 ausgerichtet wird. Somit kann die eingebrachte Strahlung das Streumedium 4 bzw. die Innenwandung 2 des Hohlorgans 1 mit den Tumoren 3 gleichmäßig anregen bzw. bestrahlen.
Die Meßanordnung für die Therapie/Diagnose der Tumoren sieht eine Therapie- bzw. Anregungslichtquelle 9, die z.B. ein Laser oder ein Hg-Höchstdrucklampe sein kann, vor, von der Licht 10, welches ggf. durch ein Filter 11 auf eine bestimmte Wellenlänge eingestellt ist, auf den Licht leiter 6 gerichtet wird. Durch einen halbdurchlässigen Spiegel 12 wird von diesem Therapie- oder Anregungslicht 9 ein Referenzsignal 13 erzeugt.Dieses wird mit dem ebenfalls über den Lichtleiter 6 und den- Spiegel 12 sowie das weitere Filter 15 geführte Meßsignal 14 in einer Steuer- und Rechnereinheit 16 mit evtl. Zeit-Impulssteuerung verarbeitet bzw. zur Auswertung herangezogen.
τ- 9
In Fig. 2 ist eine weitere Möglichkeit der Diagnose/ Therapie dargestellt. Das Hohlorgan 1 wird hierbei nur teilweise mit Streumedium 4 gefüllt, welches in einem Ballon 17 am Ende eines Katheters 18 mit oder ohne Drahtkäfig enthalten ist. Die Bestrahlungen für die Diagnose und die Therapie erfolgen in diesem Fall über den einen (19) von zwei getrennt in das Streumedium 4 eingeführten Lichtleitern 19, 20. Es wird hierzu Laserlicht 21 (Therapie) oder 22 (Diagnose) verwendet. Der zweite Lichtleiter 20 dient ausschließlich der Auskopplung des Meßsignals 23 für Diagnosezwecke, welches über ein geeignetes Filter 24 dem Detektor 25 zugeführt wird. Die Auswertung und Steuerung der Therapie/Diagnose erfolgt entsprechend dem 1. Ausführungsbeispiel.
Die Diagnose erfolgt über die Schritte:
- homogene Ausleuchtung mittels des Streumediums 4 des mit photosensibilisierten Tumoren 3 besetzten Organs 1 mit Licht der Anregungswellenlänge der Substanz, meistens Ultraviolettem Licht
- Nachweis der Fluoreszenz aus den Tumorbereichen
Die Therapie erfolgt über die Schritte:
- homogene Ausleuchtung über ein u.U. gegenüber dem Diagnoseverfahren verschiedenes Streumedium 4 mit Licht der Absorptionswellenlänge der Substanz, z.B. rotem Licht bei HpD oder ggf. anderer Wellenlänge, je nach Substanz
- Auslösung phototoxischer Reaktionen in den photosensibilisierten Bereichen.
^ 10 -
Es ist demnach ein einfaches zusätzlich zum urinzytologischen Krebstest als Routineverfahren einsetzbares Test-Meßverfahren auf der Basis der Photosensibilisierung möglich. Gemäß der Fig. 1 und 2 wird Licht geeigneter Anregungswellenlängen über Lichtleiter 6, 19, 20 (z.B. Laser, Gasentladungslampe mit -evtl Filtern) eingestrahlt und über das Streumedium 4 gleichmäßig die Hohlorganwand 2 bestrahlt. Von fluoreszierenden Tumorbereichen 3 emittierte Luminesζenzstrahlung wird über denselben Lichtleiter 6 und einen Strahlteiler 12 (dichromatischer Spiegel) oder über einen zweiten Lichtleiter 20 (siehe Fig. 2) einem Nachweisgerät 16, 25 augeführt. Dieses kann z.B. aus einem Photomultiplier hoher Empfindlichkeit mit vorgesetzten Filtern oder Photodioden bestehen. Bei gepulster Anregungsquelle ist ein hohes Signal/Rauschverhältnis oder zeitaufgelöste Spektroskopie -ggf. unter Verwendung eines computergekoppelten Transienten-Recorders,möglich.
Ferner kann mittels der Erfindung die Anwendbarkeit der Phatochemotherapie phQtosensibilisierter, insbesondere auch mikroskopischer, multilokulär wachsender Tumoren 3 in den Hohlorganen 1 wesentlich verbessert und vereinfacht werden. Neben der vollständigen Tumorerfassung wird durch das vorgeschlagene Therapieverfahren auch eine den Patienten belastende Narkose in der Regel überflüssig sein. Außerdem erscheint gegenüber der theoretisch denkbaren zellenförmigen
Bestrahlung aller Wandabschnitte des Hohlorgans die Verkürzung der Behandlung möglich.
Als Streumedium eignet sich u.a. eine als Nährmittel in der Intensivmedizin verwendete Fettemulsion (Hersteller: Kabi Vitrum GmbH) in Verdünnung mit physiologischer Kochsalzlösung. Die Verwendung von nicht-körperverträglichen Streumedien 4, die aber ein u.U. wegen der Wellenlängenabhängigkeit günstigeres Streuverhalten zeigen, ist mit transparenten Ballonkathetern möglich. Auch ein mehrschichtiges Ballonkatheter für eine mehrstufige Streuung durch mehrere Schichten ist denkbar.
Die Lichtleiter 6, 19, 20 sollten standardisiert sein, wobei für die homogene Lichtverteilung optimierte Fasern vorzusehen sind. In Frage kommen z.B. ausgezogene Spitzen oder kugelförmige Enden. Die Lichtleiter 6, 19, 20 werden über spezielle flexible Dauerkatheter eingeführt, die u.U. mit einer Fixiereinrichtung bzw. Abstandshaltern für den Lichtleiter nach Art der sogenannten Körbchen-Katheter ausgerüstet sein können. Rotierende Lichtleiter mit entsprechend angeschliffenen prismatischen Enden kommen ebenfalls für eine Beleuchtung in Frage. Für die Homogenisierung des Strahlprofils eignen sich u.a. Lichtleiterfaser-Schwinger, ein Spiegel mit Schuppenstruktur,' ein Faser-Verbieger, eine Mattscheibe oder deren Kombinationen.

Claims (11)

Gesellschaft für Strahlen- Neuherberg, den 27.6.83 und Ümweltforschung mbH PLA 8325 Ga/he München ANR 1068083 Patentansprüche:
1. Verfahren zur gleichmäßigen und gleichzeitigen Ausleuchtung der Innenfläche von Hohlräumen
' mit Strahlung zum Zwecke der Beobachtung und/oder Behandlung der Innenflächen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der Hohlräume (1) zumindest teilweise mit einem Streumedium (4) aufgefüllt und das Streumedium (4) mittels einer oder mehreren Strahlungen (10, 21, 22) zum Leuchten gebracht wird.
2. Verfahren'nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume Hohlorgane sind, die zum Zwecke der Therapie und/oder Diagnose bestrahlt und in denen vorhandene Neoplasien durch chemische Substanzen sensibilisiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume in technischen Geräten oder zu konservierenden Gegenständen aufgesucht, beobachtet und/oder behandelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung (Io, 21) mittels des Streumediums (4) möglichst gleichmäßig reflektiert wird, die zur Auslösung toxischer Reaktionen in den senbilisierten Bereichen (3) führt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung (10, 21) mittels des' Streumediums (4) möglichst gleichmäßig reflektiert wird, die wiederum die sensibilierten Bereiche (3) zur Aussendung von Fluoreszenzstrahlung anregt, die aus den Hohlorganen (1) zu Diagnosezwecken herausgeleitet wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ein^. und Herausleitung der anregenden bzw. angeregten Strahlung (10, 21, 22) Lichtleiter (6, 19, 20) verwendbar sind, die in den Innenraum der Hohlräume (1) einführbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Streumedium (4) eine als Nährmittel verwendbare Fettemulsion in Verdünnung mit physiologischer Kochsalzlösung benutzbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Streumedium (4) das Hohlorgan (1) vollständig ausfüllt und über einen,Katheter (5) eingeführt wird oder am Ende eines Katheters (18) in einem Ballon (17) angeordnet ist.
- 3
9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, » dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Lichtleiter (6, 19, 20) über Dauerkathe^ter mit oder ohne Fixiereinrichtungen in das Hohlorgan (1) einführbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung (11 - 16 oder 21- 25) mit optischen Elementen zur Ein- und Auskopplung von anregender bzw. angeregter Strahlung und Auswertung vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6, oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluroeszenz mit einer Impulslichtquelle, .a#£eg:bar und-die Fluor eszenz strahlung in ihrem zeitlichen Verlauf registrierbar ist.
. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strahlprofil-Homogenisierung ein Faser-Schwinger, ein Spiegel mit Schuppenstruktur, ein Faser-Verbieger, eine Mattscheibe oder deren Kombinationen verwendbar sind.
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