DE3941705A1 - Vorrichtung zur isotropen bestrahlung von hohlraeumen von kugelaehnlicher gestalt - Google Patents

Vorrichtung zur isotropen bestrahlung von hohlraeumen von kugelaehnlicher gestalt

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur isotropen Bestrah­ lung von Hohlräumen von kugelähnlicher Gestalt nach dem Ober­ begriff des Patentanspruches 1.
Derartige Vorrichtungen werden zur Bestrahlung der Wand von Hohlräumen, wie z. B. innerer Hohlorgane, mit Licht verwendet. Wichtig ist eine gleichmäßige Lichtverteilung über die gesamte Hohlraumwand.
Diese Homogenität ist z. B. bei der integralen photodynamischen Therapie photosensibilisierter Tumoren mit Laserlicht erfor­ derlich. Eine lokal zu niedrige Lichtdosis tötet dort den Tu­ mor nicht vollständig ab und führt zu Rezidiven. Eine zu hohe Lichtdosis schädigt auch gesunde Wandbereiche. Der Toleranzbe­ reich für die Lichtdosis ist u. U. nur schmal.
In der DE-OS 33 23 365 A1 wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der in kugelförmigen Hohlorganen, z. B. einer Harnblase zum Lichttransport eine zentral endende Glasfaser eingesetzt wird. Für die Homogenisierung sorgt ein flüssiges Streumedium, mit welchem das Organ gefüllt wird. Eine ähnliche Vorrichtung ist von D. Jocham et al in "Porphyrin Localisation and Treatment of Tumors" New York: Alan R. Liss, June, 1984, Seiten 249 bis 256 beschrieben.
W.M. Star et al verwenden in Photochemistry and Photobiology 46 No. 5, Seiten 619 bis 624, 1987 zur Hohlraumbestrahlung einen zentral plazierten Strahler mit etwa kugelförmiger Ab­ strahlcharakteristik.
Im ersten Fall ist eine hohe Zentriergenauigkeit des zentralen bzw. axialen Strahlers erforderlich. Eine exakte Positionie­ rung ist aber oft kaum zu erreichen, insbesondere in Situatio­ nen, in denen das Bestrahlungsgerät durch einen engen Katheter in das Hohlorgan eingeführt werden muß. Im zweiten Fall führen Abschattungen durch den Katheter zu einer unvollkommenen Bestrahlung der Wandbereiche in Nähe der Katheterachse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestrahlung von Hohlräumen zu schaffen, bei der eine möglichst kugelförmige Abstrahlcharakteristik, besonders im Bezug auf die rückwärtige Hemisphäre gewährleistet ist und die durch enge Zugangsöffnungen in Hohlorgane leicht eingeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche be­ schreiben vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß der zentrale Streukörper einen wesentlich größeren Durchmesser als der Katheter aufweist und dadurch eine ausreichende Bestrahlung der Wandbereiche in Nähe der Katheterachse gewährleistet.
Des weiteren kann über den Füllzustand des zentralen Ballons die Abstrahlcharakteristik beeinflußt werden. Damit kann die Isotropie bzw. auch eine gezielte Anisotropie der Abstrahlcha­ rakteristik eingestellt werden. Letztere kann bei entsprechen­ der Hohlraumform durchaus erwünscht sein.
Außerdem kann der Anteil des Lichts, der vom Gewebe in den Hohlraum zurückgestreut wird, ungehindert zur Homogenisierung der Gesamtlichtverteilung beitragen.
Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 4 näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung der Vorrichtung;
Fig. 2 einen Strahlengang in der Lichtleiterspitze; und die
Fig. 3 und 4 den Ballon mit einer von der Kugel abweichen­ den Form.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung bestehend aus einem gängigen transparenten Katheter 1. In diesen Katheter wird eine Glasfa­ ser 2 derart eingeführt, daß sich die Faserspitze im Zentrum des Hohlorgans befindet. Zur Positionskontrolle kann eine Mar­ kierung an Faser und Katheter oder auch ein mechanischer An­ schlag dienen.
Der Katheter ist mit einer klaren Flüssigkeit spülbar. An der Außenseite des Katheters befindet sich eine über eine Leitung 4 füllbare verformbare Hülle 3, deren Zentrum der Ort der Faserspitze bildet.
Die Fig. 2 zeigt die Faserspitze mit einem Strahlengang, an­ hand dessen der optimale Kegelwinkel berechnet wird.
Das Licht, das die Faserspitze verläßt, tritt bevorzugt unter einem Winkel von 90° zur Faserachse aus. Zu diesem Zweck ist die Faserspitze kegelförmig geformt. Der erforderliche Kegel­ öffnungswinkel ergibt sich aus der folgenden Überlegung.
Das Licht wird zunächst an der einen Kegelseite total reflek­ tiert und anschließend an der gegenüberliegenden gebrochen. Mit den Bezeichnungen nach Fig. 2 erhält man zunächst
α1 = 90°-Φ
und
τ = 180°-Φ.
Daraus folgt
a2=3Φ-90°.
Für einen Ablenkwinkel von 90° ist für β
β=Φ
zu fordern. Eingesetzt in das Brechungsgesetz erhält man
Aus dieser Bedingung erhält man den halben Kegelöffnungswinkel Φ. Für einen Brechungsindex von n = 1.5 ergibt er sich zu Φ = 38,1°.
Das Licht dringt ausgehend von der Faserspitze durch die transparente Katheterwand (1) in einen Streukörper ein. Seine Aufgabe ist die homogene Verteilung des Lichts über die Hohl­ raumwand. Der Streukörper besteht aus einer Hülle (3) (z. B. Katheterballon) die auf dem Katheter befestigt ist und von diesem im Zentrum des Hohlraumes positioniert wird. Der Kathe­ ter wird bei entleerter Hülle eingeführt, und die Hülle über einen Spülkanal (4) gefüllt.
Die Lichtstreuung kann entweder überwiegend von einer stark rückstreuenden Hülle (klare Füllung) oder überwiegend von ei­ ner stark streuenden Füllung (transparente Hülle) bewirkt wer­ den. Die Absorptionsverluste in Hülle und Füllung sind in allen Fällen zu minimieren. Für den Fall einer klaren Füllung muß das Rückstreuvermögen der Hülle groß im Vergleich zur Trans­ mission sein. Für den Fall einer streuenden Füllung könnte z. B. Intralipid (Fresenius AG) als Streumedium verwendet wer­ den.
Für den Fall einer streuenden Füllung in einem transparenten Ballon kann über die Größe und Form des Ballons die Ab­ strahlcharakteristik beeinflußt werden. Ein nur wenig gefüll­ ter Ballon (zigarrenförmig, siehe Fig. 3) strahlt mehr radial, ein stark gefüllter Ballon (torusförmig, siehe Fig. 4) strahlt eher axial. Die Länge der dargestellten Pfeile ist dabei ein Maß für die Intensität des abgestrahlten Lichts. Auf diese Weise lassen sich auch Hohlorgane, die leicht linsenförmig bzw. zigarrenförmig deformierten Kugeln ähneln, homogen be­ strahlen. Dazu ist vor dem Einführen das erforderliche Füllvo­ lumen zu ermitteln und die Füllung vor Ort mittels einer ge­ eigneten Dosiervorrichtung durchzuführen. Das verbleibende Vo­ lumen des Hohlraums ist mit einem optisch klaren Medium zu füllen, gegebenenfalls über einen 2. Spülkanal.
Um eine gute Ausleuchtung der Wandbereiche in Nähe des Kathe­ ters zu gewährleisten, muß der Durchmesser des Streukörpers deutlich größer sein als der des Katheters (ca. 3mal). Ander­ erseits muß er deutlich kleiner sein als der des Hohlraums (ca. 3mal), damit sich der Anteil des Lichts der vom Gewebe in den Hohlraum zurückgestreut wird, weitgehend ungehindert im Hohlraum verteilen kann. Dieser Umstand führt zu einem Homoge­ nisierungseffekt der Gesamtlichtverteilung und hat eine höhere Positionierungstoleranz für die zentrale Lichtquelle zur Folge.
Für den Fall einer Blasenbestrahlung ergibt sich für den Durchmesser des Katheters 6 mm, den der Hülle 20 mm und den der Blase 80 mm.
Um eine möglichst genaue Zentrierung des Streukörpers zu ge­ währleisten, kann auf dem Katheter ein transparenter Positio­ nierballon befestigt sein, der die Hülle 4 umfaßt, der den Hohlraum vollständig ausfüllen kann, und der nach dem Einfüh­ ren des Katheters über einen unabhängigen Spülkanal mit einem optisch klaren Medium gefüllt wird.
Bezugszeichenliste
1 Katheter
2 Lichtleitfaser
3 verformbare Hülle
4 Kanal

Claims (4)

1. Vorrichtung zur isotropen Bestrahlung von Hohlräumen von kugelähnlicher Gestalt bestehend aus einem Katheter (1) mit einer im Katheterkanal verschiebbaren Lichtleiterfaser (2) und einer auf dem Katheter (1) dicht aufsitzenden verform­ baren Hülle (3), welche durch einen getrennten Kanal (4) befüllbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das distale Ende der LL-Faser (2) kegelförmig ausgebildet ist und daß es von einem Streumedium umgeben wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel zwischen 75° und 95° liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Streumedium eine Flüssigkeit in der Hülle (3) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Streumedium die Hülle (3) selber ist.
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