DE4129192A1

DE4129192A1 - IR radiation system for therapeutic use - has concave mirror and cuvette arranged in IR beam course in working direction selectively filtering radiation spectrum for heat reaction on human body

Info

Publication number: DE4129192A1
Application number: DE19914129192
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Cobarg Claus C Dipl-Phys 6240 Koenigstein De
Current assignee: Cobarg Claus C Dipl-Phys 6240 Koenigstein De
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1991-09-03
Publication date: 1993-03-04

Abstract

The reflected part of the radiation (R) at least is reflected across a selective semi-permeable mirror (2), on the cuvette (3), for the filtered radiation in to the cuvette. The concave mirror (2) of the radiation source has a layer (2.1) which is selectively semi-permeable. The entire radiation emanating from the radiation source (1) is deflected by a selectively semi-permeable plane mirror (fig. 4, 6). The radiation source (1) is arranged in the centre of its cup shaped concave mirror (2, 2A, Fig. 5, 7). ADVANTAGE - Reduced wt. and dimensions and/or facilitates use of stronger light sources without overloading cuvette.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Anwendung der elektromagnetischen Strahlung des sichtbaren und kurzwelligen Infrarotbereichs (IR-A) in der Medizin zum Zwecke der Wärmeeinwirkung auf das menschliche Gewebe in der Therapie und operativen Behandlung (IR-Hyperther mie, vgl. M. Heckel "Ganzkörper-Hyperthermie und Fiebertherapie" Hippokrates Verlag Stuttgart 1990, Kap. 3.8.1, Seiten 40-43).The invention relates to the use of electromagnetic Radiation in the visible and short-wave infrared range (IR-A) in medicine for the purpose of heating human beings Tissue in therapy and surgical treatment (IR hyperther mie, cf. M. Heckel "Whole Body Hyperthermia and Fever Therapy" Hippokrates Verlag Stuttgart 1990, chap. 3.8.1, pages 40-43).

Die klinische Erfahrung lehrte schon früh, daß diskrete Frequenzen in diesem IR-A-Bereich bevorzugt von Wasser absorbiert werden und dadurch bei Bestrahlung insbesondere an der Haut zu schmerzhaften Überhitzungen führen. Es lag nahe, diese Frequenzen durch eine wassergefüllte Küvette herauszufiltern. Dies führt jedoch zu erheb lichen mechanisch-technologischen Problemen: die so in der optimal 4 mm dicken Wasserschicht in der Küvette absorbierte Strahlungs energie muß abgeführt werden. Die Entwicklung von Bestrahlungs vorrichtungen ging über Jahre verschiedene Wege; eine mobile, trans portable Vorrichtung neuester Ausführung mit einer Halogenlampe als Lichtquelle (mittlere Leistungsaufnahme 450 MBit) ist in der EP 03 11 898 beschrieben.Clinical experience taught early on that discrete frequencies are preferably absorbed by water in this IR-A range and This makes it particularly painful when exposed to radiation Cause overheating. It was only natural to use these frequencies filter out the water-filled cuvette. However, this leads to considerable mechanical-technological problems: so optimal 4 mm thick layer of water in the cuvette absorbed radiation energy must be dissipated. The development of radiation devices went different ways for years; a mobile, trans Latest device portable with a halogen lamp as Light source (average power consumption 450 Mbit) is in the EP 03 11 898.

Die Erfindung geht von einer solchen Bestrahlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aus und stellt sich die Aufgabe, die Anordnung weiter zu verbessern mit den Zielen, die not wendige Kühlleistung und damit Abmessungen und Gewicht der Vorrich tung zu verringern und/oder den Einsatz stärkerer Lichtquellen ohne Überlastung der Küvette zu ermöglichen.The invention is based on such an irradiation device Features of the preamble of claim 1 and turns the Task to further improve the arrangement with the goals that need agile cooling capacity and thus the dimensions and weight of the Vorrich reduction and / or the use of stronger light sources without To allow overloading of the cuvette.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird zwischen der direkten, auf das Objekt gerichte ten und der entgegengesetzt gerichteten, wie üblich von einem kalot tenförmigen Hohlspiegel gespiegelten Strahlung unterschieden. Wenn die letztere die Küvette durchsetzt, ist sie bereits weitgehend von den die Küvette belastenden Strahlungsanteilen befreit.This object is achieved in accordance with the characterizing part of claim 1. According to the invention, the direct, directed towards the object ten and the opposite, as usual from a calotte Distinguished radiation mirrored ten-shaped concave mirror. If the latter penetrates the cuvette, it is already largely from relieves the radiation components that burden the cuvette.

Im folgenden werden die opto-physikalischen Grundlagen und einige mögliche Ausführungsformen der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigen in Diagrammen in Abhängigkeit von der Wellenlänge:The following are the opto-physical basics and some possible embodiments of the invention with reference to a drawing described in more detail. In this show in diagrams depending on the wavelength:

Fig. 1 die relative Energieverteilung der IR-Strahlung einer Halogenlampe vor und nach dem Passieren der Küvette, Fig. 1 shows the relative energy distribution of the IR-radiation from a halogen lamp before and after passing through the cuvette,

Fig. 2 die relative Energieverteilung vor und nach der Spie gelung an einem selektiv teildurchlässigen Spiegel; in schematischen Längsschnitten in Figure 2 shows the relative energy distribution before and after the Spie gelung of a selectively partially transparent mirror. in schematic longitudinal sections in

Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau einer Bestrahlungsvorrichtung mit Küvette, Spiegel und Luftkühlung, Fig. 3 shows the principle construction of an irradiation device with the cuvette, mirrors and air cooling,

Fig. 4 eine abgewandelte Anordnung des Spiegels, Fig. 4 shows a modified arrangement of the mirror,

Fig. 5 bis 7 Bestrahlungsvorrichtungen nach Fig. 3 oder 4 mit Bündelung der Strahlung auf ein Lichtleitersystem. Fig. 5 to 7 irradiation devices according to Fig. 3 or 4 with combining the radiation to a fiber optic system.

In Fig. 1 zeigt der Linienzug H die relative Energieverteilung ei ner Halogenlampe als Funktion der Wellenlänge ihrer Strahlung. Die nur zum Teil schraffierte Fläche E_H unter dem Linienzug ist ein Maß für die abgestrahlte Energie. - Der gestrichelt ein gezeichnete Linienzug K zeigt die Energieverteilung der Strah lung nach Passieren der Küvette (Fig. 3), und die mit E_K bezeich nete Fläche unter ihm ist ein Maß für die in der Strahlung ver bliebene Energie; die zwischen den Linienzügen liegende Fläche E_H minus E_K wurde in der Küvette absorbiert und muß aus dieser abgeführt werden.In Fig. 1, the line H shows the relative energy distribution of a halogen lamp as a function of the wavelength of its radiation. The only partially hatched area E _H below the line is a measure of the radiated energy. - The dashed line K shows the energy distribution of the radiation after passing through the cuvette ( Fig. 3), and the area marked with E _K below it is a measure of the energy remaining in the radiation; the area E _H minus E _K lying between the lines was absorbed in the cuvette and must be removed from it.

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt die prinzipielle Anordnung einer be kannten Bestrahlungsvorrichtung, bestehend aus einer Lichtquelle 1 in einem Hohlspiegel 2, einer Küvette 3 und einem Gebläse 4 in einem Gehäuse 5. Fig. 3 shows in longitudinal section the basic arrangement of a known radiation device, consisting of a light source 1 in a concave mirror 2 , a cuvette 3 and a blower 4 in a housing 5th

Die Küvette 3 ist im Detail gezeichnet. In eine ringförmige Fas sung 3.1 mit kranzförmigen Kühlrippen 3.1.1 sind zwei beabstan dete transparente Scheiben 3.2 eingesetzt, zwischen denen sich ein filterndes Medium 3.3 befindet. Die in diesem absorbierte Ener gie (Fig. 1) wird über die Kühlrippen 3.1.1 am Fassungsrand abge führt.The cuvette 3 is drawn in detail. In a ring-shaped solution 3.1 with ring-shaped cooling fins 3.1.1 two spaced transparent disks 3.2 are inserted, between which there is a filtering medium 3.3 . The energy absorbed in this energy ( Fig. 1) is led over the cooling fins 3.1.1 at the rim of the frame.

Hierzu dient das Gebläse 4, das Außenluft durch das Gitter 5.1 an saugt und auf den mit Pfeilen F₁ und F₂ gekennzeichneten Wegen durch das Gehäuse 5 drückt. Der Hauptstrom F₁ kühlt Spiegel 2 und, an den Kühlrippen 3.1.1 entlangstreichend, die Küvette 3. Die so erwärmte Luft wird durch einen Umlenkring 5.2 an der Gehäuseöff nung vom bestrahlten Objekt ferngehalten.For this purpose, the blower 4 , which sucks in outside air through the grille 5.1 and presses through the housing 5 on the paths marked with arrows F ₁ and F ₂ . The main flow F ₁ cools the mirror 2 and, moving along the cooling fins 3.1.1 , the cuvette 3 . The air heated in this way is kept away from the irradiated object by a deflecting ring 5.2 on the housing opening.

Fakultativ kann der von einem ringförmigen Leitkörper 5.3 abgezweig te Teilluftstrom F₂ über eine schwenkbare Düse 6 auf das Objekt gerichtet werden und dessen bestrahlte Oberfläche kühlen.Optionally, the partial air flow F ₂ branched off from an annular guide body 5.3 can be directed onto the object via a pivotable nozzle 6 and cool its irradiated surface.

Bei der von der Lichtquelle 1 ausgehenden Strahlung wird unter schieden zwischen der objektgerichteten Direktstrahlung (Pfeil D) und dem entgegengesetzt gerichteten, in dem Hohlspiegel 2 ge spiegelten Strahlungsanteil (Pfeil R).In the case of the radiation emanating from the light source 1 , there is a difference between the object-directed direct radiation (arrow D) and the opposite direction, in the concave mirror 2 ge reflected radiation component (arrow R).

Erfindungsgemäß ist dieser Spiegel selektiv strahlungsdurchläs sig vermöge seiner die Durchlässigkeit bestimmenden Beschichtung 2.1. Diese ist nach bekannten Bedampfungsverfahren herstellbar. Die zur Küvette 3 gespiegelte Strahlung R enthält nicht mehr die durchgelassenen Strahlungsanteile (Pfeil R). Dies ist gleichbe deutend mit einer Vorselektierung des gespiegelten Strahlungsan teils, gleichbedeutend mit einer entsprechenden Entlastung der Küvette 3.According to the invention, this mirror is selectively radiation-permeable due to its coating 2.1 which determines the permeability. This can be produced using known vapor deposition processes. The radiation R mirrored to the cuvette 3 no longer contains the transmitted radiation components (arrow R). This is synonymous with a preselection of the reflected radiation portion, synonymous with a corresponding relief of the cuvette 3rd

Analog zu Fig. 1 zeigt Fig. 2 im Verhältnis zur Gesamtstrahlung H das Spektrum SB der vorteilhaft gerade im Infrarotbereich IR-B stark gefilterten gespiegelten Strahlung, deren Energieinhalt mit E_SB bezeichnet ist.Analogously to FIG. 1, FIG. 2 shows, in relation to the total radiation H, the spectrum SB of the mirrored radiation, which is advantageously very strongly filtered in the infrared region IR-B, the energy _{content of} which is designated E _SB .

Fig. 4 zeigt eine vorteilhafte Abwandlung des Aufbaus nach Fig. 3. Ihr liegt der Gedanke zugrunde, den Strahlengang insgesamt vor Pas sieren der Küvette 3 durch einen Planspiegel 7A oder einen sphä rischen Spiegel 7B zu falten, so daß sowohl die Direktstrahlung D als auch die an einem üblichen Metallspiegel 2A voll reflektierte Strahlung P bei gemeinsamer Brechung an dem selektiv durchlässigen Spiegel 7A oder 7B gefiltert werden und so die Küvette 3 optimal entlastet wird. - Der halbdurchlässige Planspiegel 7A ist zudem preiswert herzustellen und besonders einfach auszutauschen. Fig. 4 shows an advantageous modification of the structure of FIG. 3. It is based on the idea of folding the beam path overall before pasing the cuvette 3 by a plane mirror 7 A or a spherical mirror 7 B, so that both the direct radiation D as well as the radiation P fully reflected on a conventional metal mirror 2 A when they are jointly refracted on the selectively transparent mirror 7 A or 7 B and thus the cuvette 3 is optimally relieved. - The semi-transparent 7 A flat mirror is also inexpensive to manufacture and particularly easy to replace.

Die Erfindung ist auch anwendbar bei Bestrahlungsvorrichtungen, in denen die Strahlung fokussiert wird (Fig. 5 und 6), z. B. auf ein Lichtleitersystem 8 oder auch auf das Objekt selbst. Zwischen der Lichtquelle 1, die hier im Zentrum des Hohlspiegels angeordnet ist, und der Küvette 3 befindet sich ein Kondensor 9. Im übrigen ent spricht die Anordnung nach Fig. 5 in ihrer energetischen Wirkungswei se derjenigen nach Fig. 3 (Filterung des gespiegelten Strahlungsan teils in einem halbdurchlässigen sphärischen Lampenspiegel 2) und die Anordnung nach Fig. 6 (Faltung und Filterung der Gesamtstrahlung an einem halbdurchlässigen Planspiegel 7A) derjenigen nach Fig. 4. The invention is also applicable to radiation devices in which the radiation is focused ( FIGS. 5 and 6), e.g. B. on a light guide system 8 or on the object itself. Between the light source 1 , which is arranged here in the center of the concave mirror, and the cuvette 3 there is a condenser 9 . Incidentally ent the arrangement is responsive to Fig. 5 se in their energetic Wirkungswei that of FIG. 3 (filtering of the mirrored Strahlungsan partly in a semi-transparent spherical lamp mirror 2) and the arrangement according to Fig. 6 (convolution and filtering of the total radiation of a semitransparent plane mirror 7 A) that of FIG. 4.

Fig. 7 ist eine vereinfachte Darstellung gemäß Fig. 3 und zeigt eine bekannte Anordnung zur Fokussierung, die mit zwei Hohl spiegeln arbeitet. Die objektgerichtete Strahlung wird durch ei nen kleinen Hohlspiegel 10 in sich zurück- und mit der übrigen Strahlung auf den halbdurchlässigen Hohlspiegel 2 geworfen und analog zu Fig. 5 in totovorselektioniert. Lampe 1 und Hohlspiegel 10 sitzen auf einem beweglichen Träger 11, der durch eine Ver schiebung die Verlegung des Brennpunktes f der fokussierten Strah lung in die gewünschte Ebene ermöglicht. Fig. 7 is a simplified representation of FIG. 3 and shows a known arrangement for focusing, which works with two hollow mirrors. The object-directed radiation is reflected in itself by a small concave mirror 10 and is thrown with the rest of the radiation onto the semipermeable concave mirror 2 and is analogous to FIG. 5 in toto preselection. Lamp 1 and concave mirror 10 sit on a movable support 11 , the displacement of the focal point f of the focused radiation enables the shifting into the desired plane by a displacement.

Man erkennt aus den Beispielen, daß die Erfindung überall dort eingesetzt werden kann, wo es darauf ankommt, frequenzselektiv einen Teil einer Strahlung frei zu setzen, statt ihn in einem Flüssig- oder Feststoffilter zu absorbieren.It can be seen from the examples that the invention is everywhere there can be used where it matters, frequency-selective to release part of a radiation instead of one Absorb liquid or solid filters.

Claims

1. Irradiation device with a in a housing ( 5 ) angeord designated infrared radiation source ( 1 ) with a concave mirror ( 2 ; 2 A) and one arranged in the beam path in the effective direction, the radiation spectrum selectively filtering cuvette ( 3 ), characterized in that at least the reflected portion of the radiation (R) is reflected onto the cuvette via a mirror ( 2 ; 7 ) which is selectively semitransparent for the radiation filtered in the cuvette.

2. Device according to claim 1, characterized in that the concave mirror ( 2 ) of the radiation source ( 1 ) is selectively semi-transparent ( Fig. 3, 5, 7).

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the total radiation emanating from the radiation source ( 1 ) is folded by a selectively semitransparent plane mirror ( 7 A) ( Fig. 4, 6).

4. The device according to claim 1, characterized in that the radiation source ( 1 ) in the center of its spherical concave mirror ( 2 ; 2 A) is arranged ( Fig. 5-7).

5. The device according to claim 1, characterized in that the radiation is focused by a between the radiation source ( 1 ) and cuvette ( 3 ) arranged condenser ( 9 ) ( Fig. 5, 6).