DE60028872T2

DE60028872T2 - System zur Bestimmung einer wirksamen, an Flüssigkeiten gelieferte Energiemenge bei Phototherapie

Info

Publication number: DE60028872T2
Application number: DE60028872T
Authority: DE
Inventors: Kyu Ho Bryn Mawr Lee
Original assignee: Therakos Inc
Current assignee: Therakos Inc
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2020-07-08
Also published as: CA2313577A1; ES2265869T3; IL137133A; CZ20002547A3; ATE432725T1; HUP0002591A2; EP1754497B1; EP1754497A1; CA2313577C; PT1754497E; TR200001913A2; PT1066842E; NO20003522L; DE60042349D1; DE60028872D1; EP1066842B1; JP5008788B2; DK1066842T3; SG89337A1; EP1066842A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein das Bestimmen einer Menge an Lichtenergie zum Abgeben an Fluida, insbesondere teilweise transparente Fluida, die Targets für die Lichtenergie enthalten, um eine wirksame Menge an Lichtenergie an die Targets abzugeben. Die Erfindung betrifft insbesondere Phototherapie- und Photophoresesysteme, bei denen gewünscht wird, eine wirksame Menge an Lichtenergie an Targets in biologischen Fluida abzugeben.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Lichtbestrahlung oder Phototherapie ist in den chemischen und biologischen Wissenschaften seit vielen Jahren weithin verwendet worden. Bestrahlung vom Blut mit ultraviolettem (UV-) Licht ist in den 1930er, 40er und 50er Jahren zur Behandlung vieler Leiden verwendet worden. Diese Leiden schlossen bakterielle Erkrankungen, wie beispielsweise Blutvergiftungen, Lungenentzündungen, Bauchfellentzündung, Wundinfektion, Vireninfektionen, einschließlich von akuter und chronischer Hepatitis, Poliomyelitis, Masern, Mumps und Pfeifferschem Drüsenfieber, ein. Phototherapie oder Lichtbestrahlung schließt ebenfalls die Verfahren ein, photoaktivierbare oder photosensibilisierbare Targets, wie beispielsweise Zellen, Blutprodukte, Körperflüssigkeiten, chemische Moleküle, Gewebe, Viren und Arzneiverbindungen, Lichtenergie auszusetzen, was eine Veränderung in oder an den Targets induziert. In den jüngsten Jahren nehmen die Anwendungen der Phototherapie auf dem medizinischen Gebiet zu. Diese Anwendungen schließen das Inaktivieren von Viren, die Blut oder Blutprodukte kontaminieren, die vorbeugende Behandlung von durch Blutplättchenkonzentrat-Infusion induzierten Alloimmunisierungsreaktionen und die Behandlung sowohl von Autoimmun- als auch von durch T-Zellen vermittelten Erkrankungen ein. Lichtbestrahlungsanwendungen schließen ebenfalls die Bestrahlungssterilisation von Fluida, die unerwünschte Mikroorganismen, wie beispielsweise Bakterien oder Viren, enthalten, ein.
Zahlreiche menschliche Krankheitszustände, insbesondere diejenigen, die biologische Fluida, wie beispielsweise Blut, betreffen, reagieren vorteilhaft auf eine Behandlung durch Bestrahlung mit sichtbarem oder UV-Licht. Lichtbestrahlung kann wirksam sein, um die Immunogenizität in Zellen zu beseitigen, ausgewählte Zellen zu inaktivieren oder zu töten, Viren oder Bakterien zu inaktivieren oder wünschenswerte Immunreaktionen zu aktivieren. Zum Beispiel kann Phototherapie als antivirale Behandlung für bestimmte Blutbestandteile oder Vollblut verwendet werden (siehe die PCT-Anmeldung WO 97/36634 unter dem Titel „Photopheresis Treatment of Chronic HCV Infections"). In diesem Fall kann ein pathogenes Virus in einem gespendeten Blutplättchenkonzentrat durch UV-Lichtexposition inaktiviert werden.
In der Tat können bestimmte Formen der Lichtbestrahlung an sich, ohne das Einführen äußerer Wirkstoffe oder Verbindungen, wirksam sein, während andere das Einführen spezifischer Wirkstoffe oder Katalysatoren einschließen können. Zu den letzteren Behandlungstechniken gehört die Verwendung von photoaktivierbaren Arzneimitteln. Es ist gut bekannt, dass bei einer bestimmten Anwendung eine Zahl von menschlichen Krankheitszuständen durch die Überproduktion von bestimmten Arten von Leukozyten, einschließlich vom Lymphozyten, im Vergleich mit der anderen Population von Zellen, die normalerweise Vollblut ausmachen, charakterisiert werden kann. Übermäßige abnorme Lymphozytenpopulationen führen zu zahlreichen nachteiligen Wirkungen bei Patienten, einschließlich der funktionellen Schädigung von Körperorganen, durch Leukozyten vermittelter Autoimmunerkrankungen und mit Leukämie verbundener Erkrankungen, von denen viele schließlich zum Tod führen.
Die Verwendungen von photoaktivierbaren Arzneimitteln können einschließen, das Blut von erkrankten Patienten zu behandeln, bei denen spezifische Blutzellen als Folge des Krankheitszustandes pathogen geworden sind. Das Verfahren kann im Allgemeinen einschließen, die pathogenen Zellen, wie beispielsweise Lymphozyten, mit einem photoaktivierbaren Arzneimittel, wie beispielsweise einem Psoralen, zu behandeln, das in der Lage ist, mit Lymphozyten-DNA Photoaddukte zu bilden, wenn es UV-Bestrahlung ausgesetzt wird.
Eine spezifische Art der Phototherapie ist die extrakorporale Photophorese (ECP). Eine Anwendung der ECP ist zur Behandlung des kutanen T-Zell-Lymphoms (CTCL). Bei einem Beispiel dieser Therapie wird 8-Methoxypsoralen (8-MOP), eine natürlich vorkommende lichtempfindliche Verbindung, einem Patienten vor einer ECP-Behandlung oral verabreicht. Während der ECP-Behandlung wird von dem Patienten Blut abgenommen, antikoaguliert, und die weißen Blutkörperchen werden durch Zentrifugieren abgeschieden und als leukozytenangereicherte Fraktion, die auch als Buffy Coat bekannt ist, aufgefangen. Die 8-MOP-Moleküle im Blut treten in die Zellkerne der weißen Blutkörperchen ein und schieben sich in deren Doppelstrang-DNA-Helix ein.
In dem extrakorporalen Kreis wird UV-Licht auf die leukozytenangereicherte Blutfraktion geleitet und fördert die Photoaktivierung der Target-8-MOP-Moleküle. Die photoaktivierten 8-MOP verändern den pathogenen Leukozyten durch Quervernetzen mit den Thymidinbasen und verhindern das Entzwirnen der DNA während der Transkription. Danach wird das Fluid, das die veränderten Leukozyten enthält, wieder in den Patienten zurück infundiert. Die Reinfusion induziert einen therapeutisch bedeutsamen verzögerten Immunangriff der auf Antigene an der Oberfläche sowohl von bestrahlten als auch von unbestrahlten Leukozyten der gleichen pathogenen Klone zielt, siehe die PCT-Anmeldung WO 97/36581 unter dem Titel „Photopheresis Treatment of Leukocytes". Diese PCT-Anmeldung offenbart das UVAR^®-System für ECP. Die US-Patente Nr. 4,321,919, 4,398,906, 4,428,744 und 4,464,166 beschreiben ebenfalls unter anderem Verfahren zum Verringern der funktionierenden Lymphozytenpopulation eines Menschen unter Verwendung von Photophoresetechniken.
Es ist ebenfalls gezeigt worden, dass ECP eine wirksame Therapie bei einer Zahl von Autoimmunerkrankungen, wie beispielsweise progressiver systemischer Sklerose (siehe A. H. Rook et al., ARCH. DERMATOL. 128:337-346 (1992)), entzündlicher Darmerkrankung, rheumatoider Arthritis (siehe S. Malawista et al., ARTHRITIS RHEUM. 34:646-654 (1991)) und juvenilem Diabetes mellitus (siehe J. Ludvigsson, DIABETES METAB. REV. 9(4):329-336 (1993)) sowie anderen durch T-Zellen vermittelten Phänomenen, einschließlich der Graft-versus-host-Erkrankung (siehe Rosseti et al., TRANSPLANT 59(1):149-151 (1995)) und Allotransplantat-Organabstoßung nach Transplantation (siehe A. H. Rook et al., J. CLIN. APHERESIS 9(1):28-30 (1994)), ist. Die ECP-Behandlung führt vorzugsweise zu einer hochgradig spezifischen Immunreaktion gegen aberrante T-Zellen sowie der Entfernung von pathogenen Antikörpern und umlaufenden Immunkomplexen.
Eine den Lichtbestrahlungs- oder Phototherapietechniken innewohnende Schwierigkeit, wenn sie bei der Bestrahlung von Fluida und/oder deren Targetbestandteilen verwendet werden, ist jedoch, dass das Fluid häufig nicht vollständig transparent für Licht ist, z.B. ist das Fluid selbst nicht vollständig transparent und/oder das Fluid enthält Material (z.B. Material ohne Targets), das nicht vollständig transparent für Licht ist. Material, das nicht vollständig transparent für Lichtenergie ist, schwächt die Bestrahlungsstärke des Lichts. Diese Erscheinung ist besonders unerwünscht bei Phototherapie- oder Photophorese-Anwendungen, weil einige Targets in dem Fluid Licht empfangen, das durch das nicht transparente Material gedämpft wird. Diese Dämp fung macht es schwierig, vorherzusagen, wie viel Lichtenergie an das Fluid abgegeben werden sollte, um Targets in dem Fluid eine gewünschte Menge an Lichtenergie zuzuführen.
Eine andere Quelle einer Lichtdämpfung in Fluida ist Stapeln. Stapeln tritt in einem Fluid auf, wenn Material oder Targets in dem Fluid nicht gleichförmig an der Fluidoberfläche verteilt sind, sondern stattdessen in unterschiedlichen Tiefen in dem gesamten Fluid angeordnet sind. Daher können zum Beispiel Targets in der äußersten Lage des Fluids, die der Bestrahlungslichtquelle am nächsten ist, der einfallenden Lichtintensität ausgesetzt sein, während die Targets unterhalb der Oberflächenlage gedämpfte Lichtenergie empfangen können.
Ferner können die Formen des nicht transparenten Materials in dem Fluid und deren Ausrichtung eine Ursache von Lichtdämpfung sein. Zum Beispiel können bei Photophorese-Anwendungen Nicht-Targets in dem biologischen Fluid rote Blutkörperchen einschließen, die scheibenförmige Gestalten mit Vertiefungen in der Mitte haben. Wenn die roten Blutkörperchen während der Bestrahlung parallel zu der Lichtenergiequelle ausgerichtet sind, ist ihre Dämpfung des Lichts auf ein Minimum verringert. Wenn rote Blutkörperchen jedoch während der Bestrahlung senkrecht zu der Lichtenergiequelle ausgerichtet sind, ist ihre Dämpfung des Lichts auf ein Maximum gesteigert. Da die Ausrichtung eines solchen Fluidmaterials normalerweise nicht vorhersagbar ist, ist es gegenwärtig schwierig, zu bestimmen, wie viel Lichtenergie an das biologische Fluid abgegeben werden sollte, um an jedes Target in dem Fluid eine gewünschte Menge an Lichtenergie abzugeben und die durch die Ausrichtung des Materials verursachte Lichtdämpfung zu überwinden.
Die in der PCT-Anmeldung WO 97/36581 angesprochene CTCL-ECP-Methodologie kann verwendet werden, um diese beispielhaften Lichtdämpfungscharakteristika zu illustrieren. Die Buffy-Coat-Suspension enthält üblicherweise auf Grund von Unzulänglichkeiten, die den benutzten Zellenabscheidungstechniken innewohnen, einige rote Blutkörperchen und Blutplättchen. Weil die Buffy-Coat-Suspension, die roten Blutkörperchen und die Blutplättchen nicht vollständig transparent sind, können sie während der Bestrahlung die Lichtenergie dämpfen. Außerdem ist, weil die Dicke des Fluids während der Bestrahlung weiße Target-Blutkörperchen in unterschiedlichen Tiefen tragen kann, ein Stapeln vorhanden. Schließlich kann die Ausrichtung roter Blutkörperchen in dem Fluid, das den Buffy Coat enthält, die Lichtenergie dämpfen.
Mit CTCL-ECP kann die gewünschte Menge an Lichtenergie zur Abgabe an Targets ergebnisbasiert sein, z.B. das Abgeben von ausreichend Lichtenergie an die weißen Target-Blutkörperchen, um eine fortschreitende Todesrate zu erzeugen, die darin kulminiert, dass nach sechs (6) Tagen Bestrahlung wenigstens fünfzig (50) Prozent von den behandelten, bestrahlten weißen Blutkörperchen tot sind. Jedoch machen es die nicht transparenten Eigenschaften des Fluids gegenwärtig schwierig, die Menge an Lichtenergie genau zu berechnen, die an das Fluid abgegeben werden muss, um das gewünschte Resultat zu erzielen.
Ein herkömmlicher Weg zum Verringern der Wirkung der Dämpfung von Licht bei solchen Anwendungen ist es, das Fluid während der Bestrahlung stetig umzurühren. Umrühren trägt dazu bei, eine einheitliche Exposition der Targets gegenüber der Lichtenergie zu erzeugen, doch es richtet sich nicht unmittelbar auf alle lichtdämpfenden Faktoren, die bei solchen Anwendungen vorhanden sind, siehe die PCT-Anmeldung WO 98/22164, unter dem Titel „Blood Product Irradiation Device Incorporating Agitation".
Es ist daher wünschenswert, ein System zum Bestimmen einer Menge an Lichtenergie zum Abgeben an Fluida, die Targets für die Lichtenergie enthalten, um eine wirksame Menge an Lichtenergie an die Targets abzugeben, zu haben, und insbesondere, ein System zu haben, das für Phototherapie- und Photophoresesysteme anwendbar ist, zum Bestimmen einer wirksamen Menge an Lichtenergie zum Abgeben an ein biologisches Fluid, das Targets für die Lichtenergie enthält, wobei gewünscht wird, an die Targets eine wirksame Menge an Lichtenergie abzugeben.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Bestimmen eines Fluidlichtenergiewertes zur Abgabe an ein biologisches Fluid, das Targets enthält, wie in Anspruch 1 definiert. Vorzugsweise weist das System weiterhin eine Einrichtung auf, die dafür eingerichtet ist, das biologische Fluid dem Fluidlichtenergiewert auszusetzen. Im Einzelnen wird der Fluidlichtenergiewert (FLEV) durch Erlangen des effektiven Lichtenergiewertes der Targets (TELEV) und des mittleren Lichtenergiefaktors des Fluids (ALE-Faktor) berechnet. Bei einer spezifischen Ausführungsform kann ein Computerprozessor zum Bestimmen des FLEV verwendet werden.
Das Fluid, das die Targets enthält, ist ein biologisches Fluid. Im Einzelnen umfasst das biologische Fluid einen leukozytenreichen Buffy Coat. Der leukozytenreiche Buffy Coat kann mit 8- MOP behandelt werden. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Fluid ein homogenes biologisches Fluid. Das biologische Fluid kann ebenfalls Materialien ohne Targets enthalten. Diese Materialien ohne Targets können die Lichtenergie dämpfen und die Berechnung des FLEV beeinträchtigen. Materialien ohne Targets können aus roten Blutkörperchen bestehen. Ferner kann die an die Targets abgegebene Lichtenergie UV-Lichtenergie sein. Insbesondere ist die Lichtenergie Ultraviolett-A-(UV-A-) Lichtenergie.
Der effektive Lichtenergiewert der Targets wird erlangt durch Einbringen der Targets in ein Fluid und Bestrahlen des Fluids mit Prüflichtenergiewerten. Das ausgewählte Fluid kann die Dämpfung der abgegebenen Lichtenergie begrenzen. Bei einer speziellen Ausführungsform kann das Fluid aus Salzlösung bestehen. Im Einzelnen können leukozytenreiche Buffy-Coat-Targets in Salzlösung eingebracht und bestrahlt werden, um einen Lichtenergiewert zu identifizieren, durch den ein gewünschter Prozentsatz der Leukozyten über den Ablauf einer spezifizierten Zeit nach der Exposition mit der Lichtenergie fortschreitend absterben wird. Bei noch einer anderen Ausführungsform kann das ausgewählte Fluid aus Plasma bestehen. Biologische Prüffluida können von Spendern erlangt werden. Die Targets in den Prüffluida können danach mit Prüflichtenergiewerten bestrahlt werden, um den effektiven Lichtenergiewert der Targets zu identifizieren. Bei einer speziellen Ausführungsform kann ein Computerprozessor verwendet werden, um den effektiven Lichtenergiewert der Targets zu identifizieren.
Der mittlere Lichtenergiefaktor wird berechnet aus den Messungen eines mittleren Lichtenergiewertes an einem Einheitsoberflächenbereich der Targets in dem biologischen Fluid und eines Lichtenergiewertes an einer Einfallsoberfläche des biologischen Fluidfilms. Bei einer speziellen Ausführungsform kann die mittlere Lichtenergie an einem Einheitsoberflächenbereich der Targets in dem biologischen Fluid erlangt werden durch Zugreifen auf eine Tabelle der mittleren Lichtenergie an einem Einheitsoberflächenbereich. Der Lichtenergiewert an einer Einfallsoberfläche kann ebenfalls erlangt werden durch Zugreifen auf eine Tabelle des Lichtenergiewertes an einer Einfallsoberfläche. Diese Werte können ebenfalls unmittelbar berechnet werden.
Bei einer Ausführungsform kann ein theoretisches Stapeln von roten Blutkörperchen nicht auftreten. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Stapeln von roten Blutkörperchen auftreten, und es kann ein Faktor erlangt werden. Dieser Faktor kann bei einer speziellen Ausführungsform zwischen 1 und 2, und insbesondere um 1,5, liegen.
Die Bestrahlungszeitdauer, die eine Lichtenergiequelle benötigt, um den FLEV abzugeben, wird berechnet, sobald der effektive Lichtenergiewert des Targets und der mittlere Lichtenergiefaktor des Fluids nach der vorliegenden Erfindung bestimmt und zum Berechnen des FLEV verwendet worden sind.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Computersystem verwendet werden, um den FLEV zu bestimmen. Dieses Computersystem kann einen Prozessor, einen Speicher und einen Computerprozess umfassen. Im Einzelnen kann der Computerprozess ein zum Erlangen des effektiven Lichtenergiewertes des Targets konfigurierter Erlangungsprozess, ein zum Erlangen des mittleren Lichtenergiefaktors des Fluids konfigurierter Erlangungsprozess und/oder ein zum Berechnen des FLEV konfigurierter Berechnungsprozess sein. Bei einer speziellen Ausführungsform kann der zum Berechnen des FLEV verwendete Berechnungsprozess ebenfalls zum Berechnen einer Bestrahlungszeitdauer konfiguriert sein, über die der FLEV an die Targets abgegeben wird. Der zum Berechnen des FLEV verwendete Berechnungsprozess kann ebenfalls einen Erlangungsprozess zum Erlangen eines Abfallzeitwertes für die Lichtenergiequelle enthalten.
Der zum Erlangen des effektiven Lichtenergiewertes des Targets konfigurierte Erlangungsprozess kann einen zum Erlangen des mittleren Lichtenergiewertes an einem Einheitsoberflächenbereich der Targets konfigurierten Erlangungsprozess, einen zum Erlangen eines Lichtenergiewertes an einer Einfallsoberfläche des biologischen Fluids konfigurierten Erlangungsprozess und/oder einen zum Berechnen des mittleren Lichtenergiefaktors konfigurierten Berechnungsprozess einschließen. Insbesondere kann der zum Erlangen eines Lichtenergiewertes an einer Einfallsoberfläche des biologischen Fluids konfigurierte Erlangungsprozess einen zum Zugriff auf eine Tabelle des Lichtenergiewertes an einer Einfallsoberfläche des biologischen Fluids konfigurierten Zugriffsprozess und/oder einen zum Zugriff auf eine Tabelle des mittleren Lichtenergiewertes an einem Einheitsoberflächenbereich konfigurierten Zugriffsprozess enthalten.
Verfahren und Fertigungsartikel im Einklang mit der vorliegenden Erfindung können die Funktionen und Operationen einschließen, die durch die beschriebenen Systeme und die Bestandteile derselben ausgeführt werden.
Andere Aufgaben, Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung. Die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele werden, während sie auf spezielle Ausführungsformen der Erfindung hinweisen, nur als Illustration bereitgestellt. Dementsprechend schließt die vorliegende Erfindung ebenfalls jene verschiedenen Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Rahmens der Erfindung ein, die Fachleuten auf dem Gebiet aus dieser detaillierten Beschreibung offensichtlich werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Figuren, die in die Beschreibung eingeschlossen sind und einen Teil derselben darstellen, illustrieren Ausführungsformen der Erfindung und dienen, zusammen mit der Beschreibung, zum Erläutern der Aufgaben, Vorzüge und Prinzipien der Erfindung.
1 ist ein Schema 100 eines Photophoresesystems nach einer Umsetzung der vorliegenden Erfindung.
2A und 2B sind ein Flussdiagramm 200 der durch ein Photophoresesystem nach einer Umsetzung der vorliegenden Erfindung ausgeführten Schritte.
3 ist ein Schema 300 eines Computers zum Steuern der Photoaktivierungsvorrichtung nach einer Umsetzung der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Flussdiagramm 400 der durch das Photoaktivierungsprogramm 314 nach einer Umsetzung der vorliegenden Erfindung ausgeführten Schritte, wenn es aufgefordert wird, Lichtenergie an ein Fluid abzugeben.
5 ist ein Flussdiagramm 500 der durch das Photoaktivierungsprogramm 314 nach einer Umsetzung der vorliegenden Erfindung ausgeführten Schritte, wenn es den effektiven Lichtwert des Targets berechnet.
6 ist ein Flussdiagramm 600 der durch das Photoaktivierungsprogramm 314 nach einer Umsetzung der vorliegenden Erfindung ausgeführten Schritte, wenn es den mittleren Lichtenergiefaktor für das Fluid berechnet.
7 ist ein Graph des mittleren Lichtenergiefaktors in Abhängigkeit von dem Hämatokrit-Prozentsatz bei unterschiedlichen Fluiddicken nach einer Umsetzung der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Tabelle, die einen beispielhaften Einzellampen-Abfallwert über die Zeit bereitstellt.
9 ist ein Graph einer mittleren Einzellampen-Bestrahlungsstärke, gemessen in einer Entfernung von 25 cm von der Mittellinie einer Lampe, über die Zeit.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgenden Definitionen sind in ihrer Beschaffenheit nicht als begrenzend gemeint und dienen dazu, ein deutlicheres Verständnis bestimmter Aspekte der vorliegenden Erfindung zu gewährleisten.
DEFINITIONEN
Target – Targets schließen photosensible oder photoaktivierbare Materialien ein, die eine Veränderung durchlaufen, wenn sie Lichtenergie ausgesetzt werden. Dementsprechend können Targets manipuliert, verändert, stimuliert und/oder aktiviert werden, wenn sie Lichtenergie ausgesetzt werden. Targets schließen, ohne darauf begrenzt zu sein, biologische Targets, wie beispielsweise rote Blutkörperchen, weiße Blutkörperchen, Blutplättchen, Proteinfaktoren, Viren, Bakterien, Parasiten, DNA, RNA, Toxine und Arzneiverbindungen, ein. Targets, die Lichtenergie ausgesetzt werden, können ebenfalls mit anderen Materialien oder Targets in Wechselwirkung treten.
Phototherapie – Phototherapie schließt Verfahren ein, bei denen photosensible, photoveränderliche oder photoaktivierbare Targets Lichtenergie ausgesetzt werden.
Fluid – Fluida schließen Substanzen ein, die als Träger von Targets verwendet werden können. Beispiele von Fluid schließen Rückenmarkflüssigkeit, Zellen und andere Fluida, die mit einem Target verträglich sind, wie beispielsweise phosphatgepufferte Salzlösung, Plasma usw. und Kombinationen derselben, ein. Das Fluid kann Nicht-Targets enthalten und kann von biologischer Natur sein.
Nicht-Targets – Nicht-Targets schließen Material ein, das Lichtenergie dämpft, sind aber nicht die beabsichtigten Targets für Lichtenergie. Nicht-Targets schließen rote Blutkörperchen und Blutplättchen ein.
Biologisches Fluid – Biologische Fluida schließen Fluida ein, die Targets und/oder Nicht-Targets tragen und welche die Fähigkeit haben, biologische Targets zu tragen. Biologische Fluida können Vollblut, Plasma, Synovia, Fruchtwasser und Rückenmarkflüssigkeit, zusätzlich zu Trägern wie Salzlösung oder anderen bekannten Medien, die vorzugsweise mit biologischen Organismen, wie beispielsweise Zellen und Geweben, verträglich sind, und Kombinationen derselben einschließen.
Photophorese – Eine Art von Phototherapie, bei der ein Fluid aus einem Spender abgezogen, Lichtenergie ausgesetzt und zum Spender zurückgeführt wird. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann das abgezogene Fluid, wie beispielsweise Vollblut oder Teile von Vollblut (wie beispielsweise Buffy Coat), Targets enthalten. CTCL-ECP ist ein Beispiel der Photophorese.
Photoaktivierung – Photoaktivierung ist ein Vorgang, bei dem ein Target durch Exposition gegenüber Lichtenergie verändert (z.B. manipuliert, geändert, stimuliert oder aktiviert) wird. Ein Beispiel eines Targets, das eine Photoaktivierung durchläuft, ist das bei der CTCL-ECP verwendete Arzneimittel 8-MOP, das vor der Photoaktivierung inert ist. Diese Arzneiverbindung Lichtenergie auszusetzen, aktiviert sie zu einer Form, die Lymphozyten-DNA quervernetzen kann.
Lichtenergie – Lichtenergie ist die Energieform, die mit Targets, wie beispielsweise biologischen oder chemischen Targets, reagiert. Ein Beispiel für bei Phototherapie-Anwendungen verwendete Lichtenergie ist UV-Licht und insbesondere UV-A-Licht bei der CTCL-ECP-Methodologie.
Gewünschtes Resultat – Ein gewünschtes Resultat ist ein Ergebnis für Lichtenergie manipulierte Targets. Im Kontext der CTCL-ECP zum Beispiel könnte ein gewünschtes Resultat sein, dass ein spezifischer Prozentsatz an bestrahlten Leukozyten über eine spezifische Zeitdauer nach der Exposition gegenüber der Lichtenergie fortschreitend abstirbt.
TELEV – Der effektive Lichtenergiewert der Targets ist der an die Targets abgegebene Lichtenergiewert, der ein gewünschtes Resultat erzeugt, vorzugsweise berechnet in einem Medium oder Fluid, das wesentlich kein anderes lichtdämpfendes Material enthält.
ALE-Faktor – Der mittlere Lichtenergiefaktor vergleicht die an der Einfallsfläche des Fluids vorhandene Menge an Lichtenergie mit der Menge an Lichtenergie an der Oberfläche der Targets innerhalb des Fluids.
FLEV – Der Lichtenergiewert des Fluids ist die an das Fluid abgegebene Menge an Lichtenergie, um die Wahrscheinlichkeit, dass Targets ihren TELEV empfangen, auf ein Maximum zu steigern.
Einheitliche Fluiddicke – Einheitliche Fluiddicke ist die Fluiddicke, bei der die Lichtbestrahlung von Targets erfolgt.
Dicke ohne Targets – Die Dicke ohne Targets ist die Dicke des Materials ohne Targets, welches das herrschende lichtdämpfende Material ohne Targets in einem Fluid ist.
Dickenverhältnis – Das Dickenverhältnis ist das Verhältnis der einheitlichen Dicke des Fluids zur mittleren Dicke von Nicht-Targets in dem Fluid.
Bestrahlungszeitdauer – Bestrahlungszeitdauer ist die Zeitdauer, in der die Lichtenergiequelle das Fluid bestrahlt, das die Targets enthält.
Es wird nun detailliert Bezug genommen auf Umsetzungen der vorliegenden Erfindung, wie sie in den beigefügten Zeichnungen illustriert werden. Wo immer es möglich ist, werden in den Zeichnungen und der folgenden Beschreibung durchweg die gleichen Bezugszeichen verwendet, um die gleichen oder ähnliche Teile zu bezeichnen.
Lichtbestrahlungsmethodologien schließen, wie oben erörtert, die Abgabe von Lichtenergie an ein Target ein, um ein gewünschtes Resultat zu erzielen. Die Targets können während der Lichtbestrahlung in einem Medium (z.B. einem Fluid) getragen werden. In einem bestimmten Kontext der vorliegenden Erfindung ist die Menge an Lichtenergie, die an Targets in einem Fluid, das wesentlich kein lichtdämpfendes Material ohne Targets enthält, abgegeben wird, um das gewünschte Resultat zu erzielen, der TELEV. In der Tat können Materialien ohne Targets ebenfalls in dem Fluid vorhanden sein, was zur Dämpfung der Lichtenergie, die an die Targets abzugeben gewünscht wird, führen kann. Dementsprechend berechnet das System der vorliegenden Erfindung unter anderem die Lichtdämpfung des in dem Fluid vorhandenen Materials ohne Targets durch Bestimmen des FLEV mit ein, so dass der TELEV an das Targetmaterial abgegeben werden kann.
Bei einer speziellen Anwendung der vorliegenden Erfindung schließen Phototherapiesysteme ein, Targets, wie beispielsweise Zellen oder ein Arzneimittel innerhalb einer Zelle, mit Lichtenergie zu bestrahlen. Wenn die Targets mikroskopisch oder unfähig zur Selbständigkeit sind, kann ein Trägerfluid verwendet werden, um die Targets für die Bestrahlung zuzuführen.
Die für ein Target erforderliche Menge an Lichtenergie kann von dem gewünschten Resultat abhängen. Zum Beispiel kann es bei der CTCL-ECP wünschenswert sein, dass ein bestimmter Prozentsatz der weißen Blutkörperchen über eine spezifische Zeitdauer nach der Lichtbestrahlungsbehandlung fortschreitend abstirbt (z.B. innerhalb von sechs (6) Tagen nach der Bestrahlung wenigstens fünfzig (50) Prozent der weißen Blutkörperchen absterben), siehe PCT-Anmeldung WO 97/36581. Dieser zum Erzeugen eines gewünschten Resultats (z.B., dass ein bestimmter Prozentsatz der Targets über eine spezifizierte Zeitdauer nach der Exposition gegenüber Lichtenergie abstirbt) erforderliche Lichtenergiewert ist der TELEV. Es gibt eine Zahl von herkömmlichen Herangehensweisen, die verwendet werden können, um den TELEV zu erlangen. Einige dieser Herangehensweise werden später detaillierter erörtert. In der Tat können TELEV-Werte vorher bestimmt werden und können im Speicher eines mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Computersystems, z.B. in einer Verweistabelle, verfügbar sein.
Da das Material in einem Fluid Lichtenergie dämpfen kann, die sonst zur Abgabe an Targets in dem Fluid gewünscht wird, erfordert das Fluid eine zusätzliche Lichtenergie-Exposition, um die Wahrscheinlichkeit, dass Targets in dem Fluid ihren TELEV empfangen, auf ein Maximum zu steigern. Die für eine Abgabe an das Fluid erforderliche Menge an Lichtenergie, um die Wahrscheinlichkeit, dass die Targets ihren TELEV empfangen, auf ein Maximum zu steigern, wird als Lichtenergiewert des Fluids (FLEV) bezeichnet. Der FLEV beruht zum Teil auf den Lichtdämpfungscharakteristika des Fluids und des Materials darin und kann durch die Verfahren und Systeme der vorliegenden Erfindung bestimmt werden.
Wie oben erörtert, kann eine Lichtdämpfung in dem Fluid aus zahlreichen Gründen auftreten. Zum Beispiel kann eine Dämpfung auftreten, falls das gerade bestrahlte Fluid Target- und/oder Nicht-Target-Material enthält, das nicht vollständig transparent ist. Eine Dämpfung kann ebenfalls auftreten, falls die gerade bestrahlte Fluidprobe Lagen von Targets und/oder Nicht-Targets trägt. Außerdem können die Form und die Ausrichtung der einzelnen Targets und/oder Nicht-Targets das Maß der Lichtdämpfung beeinflussen.
Der FLEV kann berechnet werden durch Bestimmen des TELEV und des Prozentsatzes an einfallender Lichtenergie, der an eine mittlere Flächeneinheit abgegeben wird. Dieser Prozentsatz wird als der mittlere Lichtenergiefaktor des Fluids (ALE-Faktor) bezeichnet. Sobald der ALE-Faktor bekannt ist, kann der FLEV wie folgt bestimmt werden:
Zum Beispiel kann festgestellt werden, dass ein (1) Joule an UV-Lichtenergie, das an die Targets abgegeben wird, ein gewünschtes Resultat erzeugen wird (TELEV). Auf Grund der Dämpfung der Lichtenergie in dem Fluid (z.B. über das Vorhandensein von nicht transparentem Material in dem Medium, das die Targets enthält, oder Stapeln) wird die Lichtenergie, welche die Targets erreicht, verringert, und folglich erreicht ungefähr 0,1 Joule an UV-Lichtenergie tatsächlich die Targets. Folglich beträgt der ALE-Faktor 0,1, d.h., nur zehn (10) Prozent der an die Oberfläche des Fluids abgegebenen Lichtenergie wird (im Mittel) tatsächlich alle Targets erreichen. Folglich ist es bei Anwendung der Gleichung 1.0 erforderlich, dass an die Oberfläche des Fluids 10 Joule an Lichtenergie (FLEV) abgegeben werden, um zu sichern, dass die Targets (im Mittel) 1 Joule an Lichtenergie empfangen (das gewünschte Resultat).
Bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung kann der ALE-Faktor bestimmt werden durch Dividieren der an dem Einheitsoberflächenbereich der Targets abgegebenen Lichtenergie, Ea (Joule/cm²), durch die an der Einfallsoberfläche des Fluids abgegebene einfallende Lichtenergie, Eo (Joule/cm²): ALE – Faktor = Ea/Eo (1.1).
Das Folgende stellt beispielhafte Mittel, nicht nach der Erfindung, zum Bestimmen des ALE-Faktors bereit, wobei die Lichtdämpfungscharakteristika des Fluids und seiner Bestandteile berücksichtigt werden. Als Beispiel wird bei CTCL-ECP-Anwendungen, bei denen eine Buffy-Coat-Suspension mit einer einheitlichen Filmdicke (D) durch ein UV-A-Licht mit einer einfallenden Bestrahlungsstärke (Io) an der Fluidfilmoberfläche (mW/cm²) bestrahlt wird, die an der Fluidoberfläche während einer gegebenen Bestrahlungsdauer (t) abgegebene Eo durch die Gleichung 1.2 ausgedrückt: Eo = Io·t (1.2).
Buffy-Coat-Suspension ist teilweise transparent für UV-A-Licht. Dementsprechend dämpft dieses Fluid die Bestrahlungsstärke des Lichts an einem gegebenen Punkt innerhalb des Fluids. Der Grad der Dämpfung ist abhängig von dem Absorptionsvermögen des Fluids und der Lichteindringtiefe von der Fluidoberfläche aus.
Unter Vorraussetzung des Beerschen Gesetzes kann der Lichttransmissionsgrad (T₁) des Fluids zwischen seiner Einfallsoberfläche und einem gegebenen Punkt in dem Fluid in einer Entfernung (D₁) ausgedrückt werden als: T1 = 10^(–a·c·D1) (1.3),wobei a das Lichtabsorptionsvermögen des Fluids (cm²/gr) ist und c die Konzentration des UV-A-absorbierenden Bestandteils in dem Fluid (gr/cm³) ist.
Die Gleichung 1.3 kann ausgedrückt werden als: Tn = 10^(–a·c·Dn) (1.4),wobei D_n die Entfernung von der Einfallsoberfläche des Fluids ist und n D_n/D₁ ist: Tn = (T)n (1.5).
Außerdem ist die Bestrahlungsstärke (In) in der Entfernung D_n von der Einfallsoberfläche: In = Io·(T1)n (1.6).
Der mittlere Bestrahlungsstärkewert (Ia) über den gesamten Bereich der Fluidfilmdicke (Dr) kann berechnet werden durch Integrieren über den Bereich der Fluidtiefe und Dividieren durch die Filmdicke:
wobei N = D_τ/D₁ und das Verhältnis von Ia zu Io folgendes beträgt:
Bei Integration über die Filmdicke wird das Verhältnis zu:
Man kommt folglich zu der folgenden analytischen Gleichung:
wobei N das Verhältnis der einheitlichen Filmdicke D (cm) zu der Dicke D₁ (cm) des nicht transparenten Materials ohne Targets ist und T₁ der Lichttransmissionsgrad des Lichtes durch das Fluid ist, wenn das Fluid eine Dicke gleich der Dicke des herrschenden Nicht-Targets hat. Ein Nicht-Target ist verglichen mit allen anderen Nicht-Targets herrschend. Es ist der vorherrschende Lichtdämpfer. Die Genauigkeit dieser Berechnung kann in Situationen, in denen das Target und das herrschende Nicht-Target, z.B. durch Rühren, in dem Fluid gleichförmig durch das gesamte Fluid verteilt sind, auf ein Maximum gesteigert werden.
Die Gleichung 2.0 ist besonders anwendbar auf teilweise transparente Fluida und kann insbesondere bei Photophorese-Anwendungen verwendet werden, um die mittlere Menge an UV-A-Lichtenergie zu schätzen, die an weiße Blutkörperchen in einer gut gerührten Buffy-Coat-Suspension abgegeben wird. Bei einer spezifischen Ausführungsform, wenn die Anwendung mit Fluida verwendet wird, die rote Blutkörperchen (mit einer Dicke von etwa 2·10^–4 cm) als herrschendes lichtdämpfendes Material ohne Targets enthalten, wird die Gleichung 2.0 zu:
wobei H der Hämatokritwert des Fluids ist.
Ein zusätzlicher beispielhafter Weg zum Bestimmen des ALE-Faktors, vorzugsweise, wenn das Fluid ein herrschendes dämpfendes Nicht-Target, wie beispielsweise rote Blutkörperchen, enthält, ist, die folgende Stapelgleichung zu verwenden:
wobei C der Prozentsatz von Nicht-Targets in dem Fluid ist und D (cm) die Fluiddicke ist. Y ist eine dimensionslose Zahl, welche die geometrische Form des Nicht-Targets und den Stapelfaktor darstellt. Der Stapelfaktor ist ebenfalls eine dimensionslose Zahl, welche das theoretische Maß an physikalischem Stapeln darstellt, das innerhalb des Fluids durch die Nicht-Targets erfolgt. Bei ECP-Anwendungen kann der Stapelfaktor zum Beispiel eine Zahl zwischen 1 und 2 sein. Mittel zum Erlangen eines Stapelfaktors werden detailliert weiter oben beschrieben. Wenn das Nicht-Target geometrisch sphäroid ist, ist die Gleichung für Y:
wobei R (cm) der mittlere Radius des Nicht-Targets ist, d (cm) die mittlere Dicke des Nicht-Targets ist und S der Stapelfaktor ist.
Wenn rote Blutkörperchen das herrschende dämpfende Nicht-Target in einer Buffy-Coat-Suspension sind, wird die Gleichung 2.2 zu:
wobei H der Hämatokritwert für 1 ml der Buffy-Coat-Suspension ist.
Das Folgende stellt ein Beispiel dar, wie die Stapelgleichung und der Stapelfaktor abgeleitet werden können. Der beispielhaften CTCL-ECP-Methodologie zugewendet, haben rote Blutkörperchen einen Durchmesser von etwa 8·10^–4 cm und eine Dicke von etwa 2·10^–4 cm. Es gibt zwei Extremfälle von ordentlich ausgerichteten Situationen für die Verteilung der raten Blutkörperchen in der Buffy-Coat-Suspension. Die erste ist, wenn alle roten Blutkörperchen gleichmäßig in dem Würfel verteilt und auf eine solche Weise ausgerichtet sind, dass ihre Überlagerung mit der UV-A-Bestrahlung auf ein Maximum gesteigert ist. Mit anderen Worten, die scheibenförmigen Seiten aller roten Blutkörperchen befinden sich in senkrechter Position gegenüber den einfallenden W-A-Lichtstrahlen. Die zweite ist, wenn alle roten Blutkörperchen gleichmäßig in dem Würfel verteilt und auf eine solche Weise ausgerichtet sind, dass ihre Überlagerung mit der UV-A-Bestrahlung auf ein Minimum verringert ist. Mit anderen Worten, die scheibenförmigen Seiten aller roten Blutkörperchen befinden sich in paralleler Position gegenüber den einfallenden UV-A-Lichtstrahlen.
In dem Kontext der CTCL-ECP sind rote Blutkörperchen vorzugsweise zufällig in der Suspension verteilt, und die Wirkung der Überlagerung könnte irgendwo zwischen diesen zwei theoretischen Situationen liegen. Hier wird ein Kubikzentimeter (oder eine Volumeneinheit) einer gut gemischten Buffy-Coat-Suspension, die nur auf einer Seite mit UV-A-Licht bestrahlt wird, betrachtet. Außerdem wurde in diesen zwei Fällen angenommen, dass auf Grund des niedrigen Hämatokrits in Buffy-Coat-Suspensionen keine roten Blutkörperchen aneinander gestapelt wären, d.h., keine Rollobildung.
Beim Betrachten einer Situation, bei der die Lichtüberlagerung durch rote Blutkörperchen auf ein Maximum gesteigert ist, kann jeder Kubikzentimeter (ml) der Buffy-Coat-Suspension in 1/d Scheiben geschnitten werden, wobei d die Dicke der roten Blutkörperchen ist. Dementsprechend beträgt die Zahl von roten Blutkörperchen in jeder Scheibe: Ns = C/(1/d) = C*d (2.5),wobei C die Konzentration roter Blutkörperchen (Zellenzahl/ml) in der Buffy-Coat-Suspension ist. Folglich beträgt die maximale mögliche Teilfläche (Fa), die in einer gegebenen Scheibe UV-A-Bestrahlung blockieren könnte: Fa = Ns·π·R2 = C·d·π·R2 (2.6),wobei R der Radius der roten Blutkörperchen ist.
Die theoretisch minimale Zahl von Scheiben, die erforderlich ist, um das UV-A-Licht in einem Quadratzentimeter des bestrahlten Oberflächenbereichs vollständig zu blockieren, beträgt folglich 1/Fa. Um dies zu erreichen, sollte kein rotes Blutkörperchen hinter einem anderen roten Blutkörperchen abgeschirmt sein. Die Gesamtzahl der Scheiben in dem Würfel beträgt 1/d. Daher gibt es in einem Kubikzentimeter Volumen der Buffy-Coat-Suspension (1/d)(1/Fa) mal (1/Fa) Scheiben. Es folgt, dass ein Kubikzentimeter (oder eine Volumeneinheit) an Buffy-Coat-Suspension eine Gesamtzahl von Scheiben enthält, die theoretisch (1/d)(1/Fa) mal einen Quadratzentimeter Fläche (oder eine Flächeneinheit) von dem UV-A-Licht abschirmen kann. Wenn in Gleichung 2.6 Fa ersetzt wird, gilt: (1/d)/(1/Fa) = Fa/d = C·π·R2 (2.7).
In diesem Fall schirmen keine roten Blutkörperchen andere roten Blutkörperchen von dem UV-A-Licht ab. Zum Beispiel wird, falls der Hämatokrit 5 % beträgt, die erste Scheibe 5 % der UV-A-Bestrahlung blockieren, und die zweite Scheibe wird 5 % blockieren, und so weiter. Unter dieser Bedingung wird geringfügig weniger als die Hälfte des Fluids, einschließlich der Targetzellen darin, durch das UV-A-Licht bestrahlt, der verbleibende Anteil des Fluids wird durch die roten Blutkörperchen von dem Licht abgeschirmt.
Eine andere Situation besteht, wenn alle roten Blutkörperchen in einer Scheibe hinter anderen roten Blutkörperchen in der Scheibe davor angeordnet sind. Zum Beispiel wird, falls der Hämatokrit 5 % beträgt, nur 95 % der ersten Scheibe das Licht durchlassen. Da alle roten Blutkörperchen in der zweiten und den Scheiben dahinter alle hinter den roten Blutkörperchen in der ersten Lage angeordnet sind, gibt es kein weiteres Blockieren des Lichts, und 95 % allen Fluids in (1/Fa) Scheiben, beinahe doppelt so viel wie im vorherigen Fall, wird die UV-A-Bestrahlung empfangen. Daher kann unter Einbeziehung eines einfachen Stapelfaktors (S) die Gleichung 2.7 neu geschrieben werden als: (1/d)/(1/Fa) = Fa/d = C·π·R2·S (2.8).
Der Wert des Stapelfaktors, S, kann bei ECP-Anwendungen folglich zwischen eins und zwei betragen.
Einer ähnlichen Analyse folgend, wird die Gleichung 2.8 zu: (1/d')/(1/Fa') = Fa'/d' = C·2·d·R·S (2.9),wobei d' = 2·R.
Die Gleichungen 2.8 und 2.9 stellen zwei entgegengesetzte extreme Fälle der Lichtdämpfung durch rote Blutkörperchen dar. In der Praxis liegt die Dämpfung von Licht durch rote Blutkörperchen irgendwo zwischen diesen zwei Extremen. Falls wir das Mittel dieser extremen Fälle als Schätzung für die Situation in der Praxis nehmen, wird die Gleichung zu: (Fa/d)ave = ((Fa/d) + (Fa'/d'))/2 = C·((π·R2)+(2·d·R)·S/2 (3.0).
Für Humanblut-Buffy-Coat-Suspensionen können wir näherungsweise R = 4·10^–4 und d = 2·10^–4 für rote Blutkörperchen annehmen. Dementsprechend wird die Gleichung 3.0 zu: (Fa/d)ave = 33,12·C·S·10–4 (3.1).
Die Gleichung 3.1 stellt Vielfache der Scheibenzahl in einem Volumen von einem Kubikzentimeter dar, die das einfallende UV-A-Licht vollständig durch eine Fläche von einem Quadratzentimeter blockieren können. Angenommen, die Buffy-Coat-Suspension innerhalb dieses Volumens von einem Kubikzentimeter (oder einer Volumeneinheit) ist gut vermischt, kann die an die Targetzellen durch das Fenster von einem Quadratzentimeter (oder einer Flächeneinheit) abgegebene UV-A-Energie ausgedrückt werden als: Ea = Ev/(Fa/d)ave = Ev/(33,12·C·S·10–4) (3.2),wobei

Ea: = pro Flächeneinheit abgegebene UV-A-Energie, Joule/cm2,
Ev: = Eo·A/V, pro Volumeneinheit abgegebene UV-A-Energie, Joule/ml,
Eo: = Io·t, pro Flächeneinheit einfallende UV-A-Energie, Joule/cm²,
Io: = einfallende Bestrahlungsstärke, Joule/cm²-s,
t: = Bestrahlungsdauer, Sekunden,
V: = A·D, bestrahltes Volumen, ml,
A: = Bestrahlungsfläche, cm²,
D: = Buffy-Coat-Filmdicke, cm,
C: = Konzentration roter Blutkörperchen, ~ 1,1·H·10⁸ Zellen/ml,
H: = Hämatokrit der Buffy-Coat-Suspension, %
S: = Stapelfaktor, dimensionslose Zahl zwischen 1 und 2.

Wird S = 1,5, das Mittel von 1 und 2, als Schätzung eingesetzt und C = 1,1·H·10⁸, wird die Gleichung 3.2 zu: Ea = EV/(54,65·H) (3.3).
Werden Ev = Eo·A/V und V = A·D eingesetzt, gilt:
Die Gleichungen 2.0 und 2.4 sagen, wenn sie auf ein Fluid angewendet werden, das rote Blutkörperchen als henschendes dämpfendes Material enthält, bis hinauf zu einer Konzentration roter Blutkörperchen von etwa 20 % beinahe identische ALE-Faktoren vorher, wie in 10 dargestellt. Bei höheren Konzentrationen roter Blutkörperchen, wenn der in den Stapelgleichungen vorausgesetzte theoretische Zustand weiter von der wirklichen Situation abweicht, wird der Unterschied zwischen den zwei Gleichungen vorhersagbar größer. In der Tat kann es bei Konzentrationen roter Blutkörperchen von über 20 % angemessener sein, die Gleichung 2.0 zu verwenden. Bei extrem niedrigen Konzentrationen roter Blutkörperchen (z.B. weniger als 0,2 %), wenn die durch den Plasmabestandteil der Suspension selbst verursachte Dämpfung im Vergleich mit der durch die roten Blutkörperchen erzeugten Dämpfung nicht mehr zu vernachlässigen ist, kann die Gleichung 3.4 einiges von ihrer Genauigkeit verlieren.
Ein anderes Verfahren zum Berechnen des ALE-Faktors kann die Messungen der einheitlichen Dicke des biologischen Fluids und des Prozentsatzes roter Blutkörperchen des biologischen Fluids benutzen. Die für dieses Verfahren verwendeten Gleichungen können vorzugsweise mit Konzentrationen roter Blutkörperchen in der Buffy-Coat-Suspension von bis zu zwanzig (20) Prozent benutzt und insbesondere mit einer Konzentration roter Blutkörperchen von bis zu zwischen sieben (7) und acht (8) Prozent verwendet werden.
Sobald der FLEV berechnet ist, kann eine zusätzliche Berechnung auf der Grundlage des spezifischen Lichtabgabesystems vorgenommen werden. Die Abgabesystemberechnung bestimmt, welche Bestrahlungszeitdauer benötigt wird, um den FLEV an das Fluid abzugeben, wobei eine Vielfalt von Faktoren berücksichtigt wird, die mit der Lichtquelle und ihrer gegenwärtigen Fähigkeit zum Abgeben von Licht verbunden sind. Diese Berechnung kann vorzugsweise Faktoren wie beispielsweise die Form der Lichtquelle, den Lampenabfall über die Zeit, die Größe des Lichtstrahls und das Volumen des gerade bestrahlten Fluids berücksichtigen.
Die Variable L (mW/cm2) berechnet den Abfall der Leistung der Lichtquelle über die Zeit mit ein und hängt von den Eigenschaften der verwendeten Lampenquelle ab, vorzugsweise gemessen an einer feststehenden Position von der Lampenmittellinie. Als Beispiel kann L bestimmt werden durch Vornehmen stündlicher Messungen einer beispielhaften Lampe über die Lebensdauer der Lampe. Wenn die Zeit fortschreitet, nimmt die Lampenintensität ab. Bei einer spezifischen Ausführungsform kann, sobald die stündlichen Messungen aufgezeichnet sind, eine Gleichung geschaffen werden, die zu den Messungen passt. Danach kann die Gleichung benutzt werden, um den Wert von L einfach dadurch zu bestimmen, dass bekannt ist, wie viele Lampenstunden verwendet worden sind. Bei einer alternativen Ausführungsform kann unmittelbar auf eine Datenbank, welche die Lampenlebensdauermessungen enthält, zugegriffen werden.
Zum Beispiel stellt bei einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 11 in einer Prototyp-Verweistabelle den L-Wert (mW/cm²) über 150 stündliche Messungen für eine in dem UVAR^®-System benutzte Lampe dar, vorgenommen 25 cm von deren Mitte. Diese Messungen führen zu der folgenden Einzellampen-Bestrahlungsstärkeabfall-Gleichung: L = a + b·(x)0,5·ln(x) + c·ln(x) (3.5).
Der L-Wert ermöglicht es einem, sich beim Bestimmen der Länge der Zeit, über welche die Lichtquelle die Targets bestrahlt, um das gewünschte Resultat zu erzielen, auf die Lampenlebensdauer einzustellen. Auf der Grundlage der L-Werte von 11 wird eine beispielhafte Einzellampen-Bestrahlungsstärkeabfall-Gleichung bestimmt, wobei a gleich 0,78552878 ist, b gleich –0,00059106023 ist und c gleich –0,032384473 ist. Diese Gleichung sowie die Tabelle für L-Werte für die benutzte Lichtquelle können gespeichert werden und verfügbar sein, zum Beispiel im Systemspeicher oder in einer Verweistabelle.
Bei dem beispielhaften UVAR^®-System ist die Photoaktivierungskammer zwischen zwei Bänken von UV-A-Lampen angeordnet, und die Buffy-Coat-Suspension wird durch eine Schlangenbahn innerhalb der Photoaktivierungskammer im Kreislauf umgepumpt. Die Blutfilmdicke in der Kammer ist die gleiche, etwa 1,4 mm dick. Bei dieser Blutfilmdicke, mit einem Hämatokritwert von wenigstens rund fünf Prozent, wird das bestrahlende UV-A-Licht vollständig durch den Blutfilm absorbiert, und die Gesamtmenge an UV-A-Energie, die an jeden ml umlaufender Buffy-Coat-Suspension abgegeben wird, kann berechnet werden. Dieser Wert beträgt bei dem UVAR^®-System 255 Joule/ml.
Die Bestrahlungsstärke des UV-A-Lichts, das die Oberfläche der Targetzellen in der Suspension erreicht, wird durch die roten Blutkörperchen in der Lichtbahn gedämpft. Das rote Blutkörperchen ist beinahe undurchlässig für das UV-A-Licht. Unter diesen Bedingungen ist es vernünftig, anzunehmen, dass die Dämpfung der Bestrahlungsstärke umgekehrt proportional zur Konzentration roter Blutkörperchen in der Lichtbahn ist. Die Konzentration weißer Blutkörperchen ist etwa eine Größenordnung geringer als die roter Blutkörperchen, und außerdem ist das weiße Blutkörperchen weniger undurchlässig für UV-A-Licht als rote Blutkörperchen. Daher wird das Maß der durch die weißen Blutkörperchen verursachten Dämpfung unbedeutend sein und kann bei der Ableitung der Bestrahlungszeitgleichung ignoriert werden.
Die Gesamtmenge an UV-A-Energie, die an jeden ml der umlaufenden Buffy-Coat-Suspension abgegeben wird, kann ausgedrückt werden als: Ev = k·H (3.6),wobei

Ev: = Gesamtmenge an pro Volumeneinheit abgegebener UV-A-Energie, Joule/ml,
k: = proportionale Konstante,
H: = Hämatokrit.

Bei dem UVAR^®-System beträgt der Wert von Ev 255 Joule/ml, und der mittlere Hämatokritwert beträgt etwa 3,5 %. Daher gilt k = 255/3,5.
UV-A-Energie wird durch die Bestrahlungskammer und an die Oberfläche des Buffy-Coat-Suspensionsfilms innerhalb der Bestrahlungskammer abgegeben, während der Buffy-Coat-Film innerhalb der Bestrahlungskammer fließt. Die Gesamtmenge an UV-A-Energie, die an das Gesamtvolumen der Buffy-Coat-Suspension abgegeben wird, kann berechnet werden durch Multiplizieren der Bestrahlungsstärke an der Blutfilmoberfläche (durch die Kammerwand), der Bestrahlungsdauer und der bestrahlten Blutfilmfläche. Außerdem kann die an eine Volumenein heit abgegebene UV-A-Energie, Ev, ausgedrückt werden durch Dividieren der Gesamtmenge an abgegebener UV-A-Energie, dividiert durch das Gesamtvolumen der Buffy-Coat-Suspension.
wobei

Ev: = Gesamtmenge an pro Volumeneinheit abgegebener UV-A-Energie, J/ml,
Io: = UV-A-Bestrahlungsstärke an der Blutfilmoberfläche, mW/cm²,
A: = Fläche des innerhalb der Bestrahlungskammer bestrahlten Blutfilms, 1330 cm²,
t: = Bestrahlungsdauer, Minuten,
V: = Gesamtvolumen der Buffy-Coat-Suspension in der Umlaufschleife, ml.

Die Multiplikationsfaktoren, 1000 und 60, können zur Einheitenkorrektur von Milliwatt zu Watt und von Minuten zu Sekunden benutzt werden.
Durch Kombinieren der Gleichungen 3.6 und 3.7 und Einsetzen von k = 255/3,5 und A = 1330 cm² kann die Bestrahlungsdauer ausgedrückt werden als: tsec = 0,9128·60·H·(V/A)/Io (3.8).
Die Gleichung für den mittleren Bestrahlungsstärkewert, Io, des UV-A-Lichts auf der Blutfilmoberfläche innerhalb der Bestrahlungskammer kann wie folgt abgeleitet werden.
Das UV-A-Licht, das die Oberfläche des Blutfilms innerhalb der UVAR^®-Bestrahlungskammer erreicht, kommt von einem Lichtsatz, der aus neun (9) Lampen besteht. In dem Instrumentenlichtkasten geht das UV-A-Licht durch UV-A-transparentes Glas und die Acryl-Bestrahlungskammerwand, bevor es den Blutfilm erreicht. Außerdem ist die UV-A-Leistungsabgabe längs der Länge der röhrenförmigen UV-A-Fluorenszenzlampe nicht einheitlich. Die Leistungsabgabe ist im Mittelabschnitt der Lampe höher und nahe den Enden der Lampe niedriger. Daher kann der mittlere Bestrahlungsstärkewert des UV-A-Lichts, das den Blutfilm erreicht, erlangt werden durch Messen der Bestrahlungsstärke an Punkten längs des Lichtsatzes und Berechnen von deren Mittelwert. Da die Lampenleistungsabgabe jedoch mit der Zeit abfällt, ist es extrem schwierig, alle Punkte gleichzeitig zu einer gegebenen Lampenzeit zu messen. Wie unter beschrieben, wurde dieses Problem gelöst durch die Beziehung dieses Mittelwertes zu dem mittleren Einzellampen-Bestrahlungsstärkewert an einem feststehenden Punkt, der schnell gemessen werden kann.
12 zeigt den mittleren UV-A-Bestrahlungsstärkewert von sechs (6) einzelnen Lampen, gemessen am Mittelpunkt und in einer Entfernung von 25 cm von der Lampenmittellinie, in Abhängigkeit von der Lampenlebensdauer. Der Bestrahlungsstärkewert fällt am Beginn sehr schnell ab und nimmt allmählicher ab, wenn die Lampenlebensdauer zunimmt. Nach rund 60 Nutzungsstunden fällt die Lampenleistungsabgabe ziemlich langsam ab, und sie bietet ausreichend Zeit zum Messen von Punkten in dem Lichtsatz und Berechnen des mittleren Bestrahlungsstärkewertes. Die Bestrahlungsstärkemessungen wurden in mehreren Lichtsätzen an dem Punkt von 61,5 Stunden und dem Punkt von 150 Stunden vorgenommen. Die Werte betrugen 15,11 und 11,19 mW/cm² bei 61,5 Stunden bzw. 150 Stunden. Die Verhältnisse dieser mittleren Bestrahlungsstärkewerte in dem Lichtkasten und der mittleren Einzellampen-Bestrahlungsstärken bei entsprechender Lampenlebensdauer wurden berechnet. Die Verhältnisse betrugen 23,9 an dem Punkt von 61,5 Stunden und 21,9 an dem Punkt von 150 Stunden, was zu dem Mittelwert von 22,9 führte.
Io in der Gleichung 3.8 kann ausgedrückt werden als: Io = k·L·[T/100] (3.9),wobei

k: = Bestrahlungsstärkeverhältnis des Lichtkastens und der einzelnen Lampe, 22,9,
L: = Einzellampen-Bestrahlungsstärke, mW/cm²,
T: = Prozentsatz des UV-A-Transmissionsgrades der Acryl-Bestrahlungskammer, 92 %.

Durch Einsetzen der Gleichung 3.9 für Io in der Gleichung 3.8 und tatsächlicher Werte für entsprechende Variablen wird die Bestrahlungszeitgleichung 3.8 zu: t = (2,59958·V·H)/L (4.0),wobei L die Einzellampen-Bestrahlungsstärke ist, ausgedrückt als Regressionsgeradengleichung auf der Grundlage vom Messdatenpunkten, die in 11 und 12 gezeigt werden.
Bei einem beispielhaften UVAR^®-System, das in CTCL-ECP-Anwendungen verwendet wird, wird die folgende Gleichung 4.1 über die Verfahren und Systeme der vorliegenden Erfindung verwendet, um Bestrahlungszeiten zu bestimmen:
wobei

t: _min = Bestrahlungszeit, Minuten,
V: = Volumen des Fluids in der Behandlungs-/Wiederumlaufschleife, ml,
H: = Hämatokrit,
T: = 92 (% Transmissionsgrad der Bestrahlungskammer),
k: = 23,9 (Konstante auf der Grundlage eines Verhältnisses der Intensität einer Lampe, gemessen an einem Punkt in dem Fluid, zu der Intensität des gesamten Lampensatzes in dem UVAR^®-System).

Durch Korrigieren auf Zeit in Sekunden ergibt sich:
Durch Einsetzen der Konstanten ergibt sich:
Durch Zusammenfassen der Konstanten ergibt sich:
Unter Bezugnahme auf 11 und unter Verwendung der folgenden Parameter:

Lampenalter = 2,7 Stunden,
V = 210 ml,
H = 2,9.

Der L-Wert bei einer Lampenlebensdauer von 2 Stunden beträgt 7625 in 11. Der L-Wert bei einer Lampenlebensdauer von 3 Stunden beträgt 7488. Lineare Interpolation unter Verwendung ganzzahliger Arithmetik ergibt:
Daher gilt:
Das UVAR^®-Instrument verwendet bei einer spezifischen Ausführungsform zwei Lampenbänke. Die Lampenlebensdauern dieser Bänke können sich unterscheiden, und theoretisch gilt das auch für ihre Bestrahlungszeittabellen. Um dies mit einzuberechnen, wird die gesamte Berechnung vorzugsweise zweimal durchlaufen, einmal für jede Lampenbank, und die Werte können gemittelt werden. Dieser Wert ist die Photoaktivierungszeit. Sobald die Berechnung durchlaufen ist, wird die verbleibende Zeit vorzugsweise unverzüglich um das Zeitmaß verringert, das die Lampen bereits in dem UVAR^®-System angeschaltet gewesen sind.
Sobald die Bestrahlungszeitdauer berechnet ist, kann das System der vorliegenden Erfindung den zusätzlichen Schritt ausführen, für diese Zeitdauer die Lichtenergie an das Fluid abzugeben, das Targets enthält. Bei einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das System dann die Photoaktivierungsvorrichtung anweisen, für die bestimmte Bestrahlungsdauer den FLEV an das Fluid abzugeben. Dies kann über Computer oder beliebige andere bekannte Verfahren erreicht werden. In der Tat bewirkt das System der vorliegenden Erfindung das vorherige Bestimmen des FLEV. Diese vorher bestimmte Variable kann für den Benutzer zugänglich sein, z.B. verfügbar in Tabellenform und, bei einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, gespeichert oder zugänglich in einem Computerspeicher.
Um die Genauigkeit der berechneten Menge an UV-A-Energie, die durch die Gleichungen 2.0 und 2.4 vorhergesagt wurde, zu bewerten, wurde eine gleiche Zahl von Lymphozyten in einer klaren phosphatgepufferten Salzlösung und in einer Buffy-Coat-Suspension mit einem Hämatokrit von 3,5 % suspendiert. Diese zwei Suspensionen wurden in der Gegenwart von 100 ng/ml an 8-MOP UV-A-Licht ausgesetzt. Es wurden ebenfalls Kontrollen bereitgestellt, bei denen den Suspensionen kein 8-MOP hinzu gegeben wurde. Der Grad der Schädigung der Zellen durch diese Behandlung bei der gleichen 8-MOP-Konzentration ist abhängig von der UV-A-Energiedosierung und kann durch die Zellenlebensfähigkeit gemessen werden.
Die Bestrahlungsdauern wurden durch die Gleichungen 2.0 und 2.4 berechnet, um ungefähr 1,4 Joule/cm² an UV-A-Energie an die Lymphozyten in den Fluids abzugeben. Da die phosphatgepufferte Salzlösung für UV-A-Licht transparent ist, wurde die Bestrahlungsdauer auf der Grundlage der einfallenden Bestrahlungsstärke (Gleichung 2.0) berechnet. Die Bestrahlungsdauer für die Lymphozyten in der Buffy-Coat-Suspension wurde durch die Gleichungen 2.0 und 2.4 berechnet. Die Zellenlebensfähigkeit nach der Bestrahlung beider Proben wurde gemessen, um die Schädigung der Zellen zu vergleichen. Die Zellenlebensfähigkeit beider Proben betrug sieben Tage nach der Bestrahlung rund 19 % oder weniger, während diejenige der unbehandelten Kontrollprobe rund 85 % oder mehr betrug. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Lymphozyten in der phosphatgepufferten Salzlösung und der Buffy-Coat-Suspension das gleiche Maß an Schädigung und resultierendem Zelltod empfingen. In der Tat empfingen die Lymphozyten in beiden Proben die gleiche Menge an UV-A-Energie, wie durch jede Gleichung berechnet.
Die Gleichung 2.0 kann vorzugsweise bei beliebigen teilweise transparenten Lösungen oder Suspensionen verwendet werden. Sie erfordert eine genaue Messung des Transmissionsgrades (T) einer bekannten Dicke (D) des Fluids, vorzugsweise unter Bedingungen, bei denen die Materialien in dem Fluid homogen sind. Die Gleichung 2.4 kann besonders anwendbar für Fluida sein, die rote Blutkörperchen enthalten.
Unter Bezugnahme auf die zugeordneten Figuren bildet bei einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung 1 ein extrakorporales Photophoresesystem 110 als eine Anwendung der Phototherapie, angewendet auf die Behandlung von Leukozyten, ab. Siehe die PCT-Anmeldung WO 97/36581. Das Phototherapiesystem 100 schließt ein photoaktivierbares Arzneimittel, 8-MOP 110, einen Patienten 120, eine biologische Fluidextraktionsvorrichtung 130 zum Extrahieren von Blut, eine Zentrifugenvorrichtung 140 zum Abscheiden des Buffy Coat aus dem Blut, eine Photoaktivierungsvorrichtung 150, eine Fluid- (d.h., Buffy-Coat-) Einführungsvorrichtung 160 und eine Bluteinführungsvorrichtung 170 ein. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, das das System 100 zusätzliche oder andere Vorrichtungen enthalten kann und eine Vielfalt von Phototherapieanwendungen, wie oben erwähnt, tragen kann. Siehe die US-Patente Nr. 4,921,473, 4,838,852, 5,147,289, 5,150,705, 5,383,847, 5,433,738 und 5,459,322, deren jedes verschiedene Anwendungen betrifft, in denen das System der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann.
2A und 2B bilden ein Flussdiagramm 200 des Blutes in dem Photophoresesystem in 1 ab. Der erste Schritt ist, das Blut des Patienten 120 mit 8-MOP 110 zu mischen (Schritt 202). Bei der vorliegenden Ausführungsform wird dem Patienten 120 das 8-MOP 110 oral verabreicht, und mit dem Verlauf einiger Stunden vermischt sich das Arzneimittel mit dem Blut des Patienten 120. Als Nächstes wird, nachdem das Arzneimittel 110 ausreichend mit dem Blut in Wechselwirkung tritt (Schritt 204), eine Menge des Blut-Arzneimittel-Gemischs extrahiert 130 (Schritt 206) und zu einem Abscheider, wie beispielsweise einer Zentrifugenvorrichtung 140, befördert (Schritt 208).
Nachdem das Blut-Arzneimittel-Gemisch zu der Zentrifugenvorrichtung 140 befördert ist, trennt die Zentrifugenvorrichtung 140 das Gemisch (Schritt 210). Eine bestimmte Zentrifugenvorrichtung verwendet einen optischen Sensor, um zu bestimmen, wann das Fluid zu trennen (oder abzuziehen) ist. Zuerst zieht die Zentrifuge das Plasma ab, danach den Buffy Coat, der das Targetmaterial (d.h., 8-MOP in en Leukozyten) enthält, und danach die roten Blutkörperchen. Die Zentrifugenvorrichtung verwendet einen innerhalb der Zentrifugenkammer angeordneten optischen Sensor, der abgelenktes Licht misst. Dieser optische Sensor bestimmt, durch Messen des abgelenkten Lichts in der Zentrifuge, wann die abgeschiedenen Fluids oder Material abzuziehen sind. Nach dem Trennen werden der Buffy Coat und ein Prozentsatz an Plasma wieder verbunden. Das Plasma ist das Medium, in dem sich die Leukozyten und das 8-MOP befinden. Selbst nach der Trennung jedoch kann das abgeschiedene Gemisch von Buffy Coat und Plasma einige rote Blutkörperchen und Blutplättchen enthalten, da der Abscheidungsvorgang nicht in der Lage sein mag, eine vollständige Trennung zu erreichen. Diese verbleibenden roten Blutkörperchen und Blutplättchen, die in dem Buffy Coat enthalten sind, sind die Lichtdämpfer ohne Targets. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die roten Blutkörperchen die herrschenden Nicht-Targets, da sie, verglichen mit anderem dämpfenden Material in dem Targetfluid, die Hauptlichtdämpfer sind.
Sobald das Targetfluid (d.h., das Buffy-Coat-Gemisch) abgeschieden ist, bestimmt ein zweiter optischer Sensor, ob das Targetfluid einen gewünschten Hämatokrit (Prozentsatz an roten Blutkörperchen) enthält (Schritt 212). Bei einer besonderen Ausführungsform beträgt ein gewünschter Hämatokrit etwa ein (1) oder zwei (2) Prozent. Dieser zweite optische Sensor, der den Transmissionsgrad misst, bestimmt, ob ein gewünschter Hämatokrit (d.h., bei der vorliegenden Ausführungsform 1 %) erreicht wird. Falls der Hämatokrit nicht bei dem gewünschten Prozentsatz liegt, dann wird zusätzliches Blut-Arzneimittelgemisch durch die Zentrifuge verarbeitet (Schritt 210).
Falls das Fluid ohne Targets den gewünschten Hämatokrit-Prozentsatz enthält, dann bestimmt die Zentrifuge, welches abgeschiedene Fluid sie verarbeitet (Schritt 214). Falls die Zentrifuge das Fluid ohne Targets verarbeitet, dann verbindet die Zentrifuge das verbleibende abgeschiedene Plasma mit den abgeschiedenen roten Blutkörperchen und befördert das Gemisch zu der Einführungsvorrichtung 170 für abgeschiedenes Blut (Schritt 216). Danach führt die Bluteinführungsvorrichtung das Gemisch aus roten Blutkörperchen und Plasma zum Patienten zurück (Schritt 218), und die Verarbeitung hält an.
Falls die Zentrifuge das Targetfluid verarbeitet, befördert die Zentrifuge dann das Targetfluid zu der Photoaktivierungsvorrichtung (Schritt 220). Schritt 220 und Schritt 216 können gleichzeitig stattfinden. Die Photoaktivierungskammer 150 bestrahlt danach das Fluid für eine Zeitdauer (Schritt 222). Ein Computer 300 steuert, wie in 3 gezeigt und in der entsprechenden Erörterung beschrieben, die Photoaktivierungskammer 150. Das nunmehr behandelte Targetfluid wird danach zu der Fluideinführungsvorrichtung 160 befördert (Schritt 224). Danach führt die Fluidrückführungsvorrichtung das Gemisch aus roten Blutkörperchen und Plasma zum Patienten zurück (Schritt 226), und die Verarbeitung hält an.
3 ist ein Schema eines Computers 300 zum Steuern der Photoaktivierungsvorrichtung 150 nach der Umsetzung der vorliegenden Erfindung. Der Computer 300 schließt einen Speicher 310, eine Zentraleinheit (ZE) 320, eine Photoaktivierungsschnittstelle 330, eine Bedienerschnittstelle 340, ein Eingabegerät 350 und eine Videoanzeige 360 ein. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass der Computer 300 zusätzliche oder andere Bestandteile enthalten kann. Der Speicher 310 schließt ferner ein Betriebssystem 312, ein Photoaktivierungsprogramm 314 und eine Verweistabelle 315 ein. Die Verweistabelle 315 kann einen Speicherort in dem Speicher 310 umfassen und kann Tabellen enthalten, die durch das Photoaktivierungsprogramm 314 benötigten Daten entsprechen. Die einzelnen Tabellen und die entsprechenden Daten werden in den Beschreibungen, die 4 bis einschließlich 9 entsprechen, detaillierter beschrieben. Das Photoaktivierungsprogramm 314 erfasst den FLEV. Der FLEV könnte erlangt werden durch Zugreifen auf die Verweistabelle 315, über das Eingabegerät 350 oder durch Berechnung, wie in den Beschreibungen, die 4 bis einschließlich 9 entsprechen, detaillierter beschrieben.
Obwohl beschrieben wird, dass Bestandteile des Systems im Speicher 310 gespeichert sind, wird ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass einer oder mehrere dieser Bestandteile ebenfalls in anderen computerlesbaren Medien, wie beispielsweise sekundären Speichergeräten, wie Festplatten, Magnetdisketten oder CD-ROM, einer Trägerwelle aus dem Internet oder anderen Arten von RAM oder ROM gespeichert sein kann. In der Tat kann jedes der Verfahren oder können bestimmte darin enthaltene Schritte durch einen Computer oder ein computerlesbares Medium ausgeführt oder darin gespeichert werden.
4 bildet ein Flussdiagramm 400 der durch das Photoaktivierungsprogramm 314 ausgeführten Schritte ab, wenn es aufgefordert wird, eine Menge an Lichtenergie zu bestimmen und danach an ein Fluid, das Targets enthält, abzugeben, wodurch die Targets in dem Fluid eine effektive Menge an Lichtenergie empfangen werden. Der erste durch das Photoaktivierungsprogramm 314 ausgeführte Schritt ist, den TELEV zu erlangen (Schritt 402). Das gewünschte Resultat wird zuvor definiert und beruht auf der Phototherapieanwendung. Wenn zum Beispiel Photophorese verwendet wird, um CTCL zu behandeln, bewirkt der an die Leukozyten abgegebene TELEV vorzugsweise, dass wenigstens fünfzig (50) Prozent der Leukozyten innerhalb von sechs (6) Tagen nach der Exposition gegenüber der Lichtenergie fortschreitend absterben.
Der TELEV kann zum Beispiel erlangt werden durch Zugreifen auf eine Verweistabelle 315, die TELEV-Daten enthält. Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Photoaktivierungsprogramm 314 den TELEV über das Eingabegerät 350 erlangen. 5 illustriert, wie der TELEV klinisch identifiziert werden kann, sobald das gewünschte Resultat bekannt ist.
Sobald der TELEV erlangt ist, ist der nächste Schritt, den mittleren Lichtenergiefaktor für das Fluid zu erlangen (Schritt 404). Der ALE-Faktor ist der Prozentsatz der einfallenden Lichtenergie, der an eine mittlere Flächeneinheit des Fluids abgegeben wird.
Der ALE-Faktor wird für ein beliebiges Target in einem biologischen Fluid erlangt aus der Kenntnis des mittleren Lichtenergiewertes (Joule/cm²) an dem Einheitsoberflächenbereich der Targets in dem Fluid und der Kenntnis des Lichtenergiewertes (Joule/cm²) an der Einfallsoberfläche des biologischen Fluids. Die Beschreibung, die 6 begleitet, illustriert ein solches Verfahren zum Erlangen des ALE-Faktors.
Nach dem Erlangen des ALE-Faktors ist der nächste Schritt, den FLEV oder die Menge an Lichtenergie zu erlangen, die an das Fluid abgegeben werden muss, damit die Targets den TELEV empfangen werden (Schritt 406). Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der FLEV berechnet werden aus der Kenntnis des TELEV und des ALE-Faktors und unter Verwendung der Gleichung 1.0, wie zuvor beschrieben.
Nach dem Erlangen des FLEV kann man dann die Bestrahlungszeitdauer erlangen (Schritt 408). Die Bestrahlungszeitdauer ist das Maß an Zeit, dass die Lampe oder Lichtenergiequelle benötigt, um den FLEV an das Fluid abzugeben. Die Bestrahlungszeitdauer wird erlangt durch Zugreifen auf den Abschnitt der Verweistabelle 315, der Bestrahlungszeitdauerdaten betrifft.
Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Bestrahlungszeitdauer berechnet werden. Faktoren, die bei der Bestrahlungszeitdauerberechnung berücksichtigt werden könnten, sind der Lampenabfall oder die Leistung oder die Form der Lampe.
Nach dem Erlangen der Bestrahlungszeitdauer kann man dann die Photoaktivierungsvorrichtung 150 anweisen, die Lichtenergielampe für die Bestrahlungszeitdauer einzuschalten.
5 bildet ein Flussdiagramm 500 der Schritte ab, die ausgeführt werden, wenn der TELEV klinisch erlangt wird. Der erste Schritt beim klinischen Erlangen des TELEV ist, das gewünschte Resultat der Phototherapie zu erlangen (Schritt 502). Der nächste Schritt ist, Prüftargets in ein nicht dämpfendes Fluid einzubringen, das häufig ein biologisches oder chemisches Fluid ist (Schritt 504). Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass es zahlreiche Nichtfluidmedien und andere Fluidarten gibt, die Targets tragen können, wie beispielsweise Salzlösung und gefiltertes Plasma. Bei einer alternativen Ausführungsform, bei der sich Targets anfänglich in einem Fluid befinden, können Proben des Fluids für den klinischen Test verwendet werden, vorausgesetzt, alle oder die meisten der nicht dämpfenden Materialien werden herausgefiltert.
Als Nächstes werden Proben des Fluids, das die Targets enthält, mit veränderlichen Mengen an Lichtenergie bestrahlt (Schritt 506). Nach dem Bestrahlen der Prüffluida wird ein TELEV identifiziert, welcher der Probe entspricht, die das gewünschte Resultat erzeugte (Schritt 508). Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass ein beliebiger TELEV spezifisch für die besondere Anwendung der Verfahren und Systeme der vorliegenden Erfindung ist.
6 bildet ein Flussdiagramm 600 der durch das Photoaktivierungsprogramm 314 beim Erlangen des ALE-Faktors ausgeführten Schritte ab. Dieses Verfahren zum Erlangen des ALE-Faktors kann für ein beliebiges Fluid, das Targets enthält, verwendet werden. Der erste Schritt zum Erlangen des ALE-Faktors ist, den mittleren Lichtenergiewert an dem Einheitsoberflächenbereich der Targets in dem Fluid zu erlangen (Schritt 602). Das Photoaktivierungsprogramm 314 kann über das Eingabegerät 350 einen mittleren Lichtenergiewert an dem Einheitsoberflächenbereich erlangen.
Der nächste Schritt ist, den Lichtenergiewert an der Einfallsoberfläche des biologischen Fluids zu erlangen (Schritt 604). Das Photoaktivierungsprogramm 314 kann den Lichtenergiewert an der Einfallsoberfläche über das Eingabegerät 350 erlangen. Danach kann der ALE-Faktor berechnet werden (Schritt 606).
7 bildet einen Graph von ALE-Faktoren ab, für drei unterschiedliche Fluiddicken (1 mm, 2 mm und 3 mm) berechnet für ein Fluid, das rote Blutkörperchen als Nicht-Targets enthält. Diese ALE-Faktoren wurden unter Verwendung der Gleichungen 1.1 (Analytisches Modell) und 1.3 (Stapelmodell) berechnet. Das Verhältnis der an die Targets abgegebenen mittleren Lichtenergie und der an den Einfallspunkt abgegebenen Lichtenergie wird in Abhängigkeit von dem Prozentsatz Hämatokrit bei unterschiedlichen Fluiddicken aufgezeichnet.

Claims

System zum Bestimmen eines Fluidlichtenergiewertes zur Abgabe an ein biologisches Fluid, das Targets enthält, wobei der Fluidlichtenergiewert der Betrag der Lichtenergie ist, die an Fluid geliefert werden soll, um die Wahrscheinlichkeit zu maximieren, daß die Targets die Lichtenergie aufnehmen, die ein gewünschtes Ergebnis erzeugt, wobei das System folgendes umfaßt: (a) eine Einrichtung, die dafür eingerichtet ist, den effektiven Lichtenergiewert der Targets zu erlangen und die folgendes aufweist: i) eine Einrichtung, die dafür eingerichtet ist, die Targets in ein anderes Fluid einzubringen, das im wesentlichen keine anderen lichtdämpfenden Materialien enthält; ii) eine Einrichtung, die dafür eingerichtet ist, das andere Fluid, das die Targets enthält, mit Prüflichtenergiewerten zu bestrahlen; und iii) eine Einrichtung, die dafür eingerichtet ist, den Prüflichtenergiewert zu bestimmen, der das gewünschte Ergebnis erzeugt; (b) eine Einrichtung, die dafür eingerichtet ist, einen mittleren Lichtenergiefaktor des Fluids zu erlangen und die folgendes aufweist: i) eine Einrichtung, die dafür eingerichtet ist, einen mittleren Lichtenergiewert an einem Einheitsoberflächenbereich des Targets des biologischen Fluids zu erlangen; ii) eine Einrichtung, die dafür eingerichtet ist, einen Lichtenergiewert an einer Einfallsoberfläche des biologischen Fluids zu erlangen; und (c) eine Einrichtung, die dafür eingerichtet ist, eine Bestrahlungszeitdauer zu berechnen, die eine Lichtenergiequelle benötigt, um den Fluidlichtenergiewert an das biologischen Fluid abzugeben.
System nach Anspruch 1, das weiterhin eine Einrichtung aufweist, die dafür eingerichtet ist, das biologische Fluid dem Fluidlichtenergiewert auszusetzen.
System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Einrichtung zum Bestimmen des Fluidlichtenergiewertes von einem oder mehreren Computerprozessoren) gebildet wird.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das biologische Fluid einen durch Lichtenergie aktivierbaren Wirkstoff enthält.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das biologische Fluid ein Material ohne Targets aufweist, welches die Lichtenergie, die für die Targets bestimmt ist, dämpft, und das Material ohne Targets rote Blutzellen aufweist.
System nach Anspruch 5, bei dem das biologische Fluid einen leukozytenreichen Buffy Coat aufweist.