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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtverteilungsvorrichtung,
die insbesondere für
die Bestrahlung von biologischen Geweben im Rahmen einer photodynamischen
Behandlung angewandt werden kann, wobei diese Verteilungsvorrichtung
einen Lichtleiter, insbesondere eine optische Faser mit einem bis
zum Kern freigelegten Endabschnitt, umfasst, wobei dieser Endabschnitt
von mindestens einer Schicht aus einer Verteilungssubstanz umgeben ist,
die Eigenschaften zur Verteilung des in dem Lichtleiter zirkulierenden
Lichts besitzt.
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Stand der
Technik
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Im
Rahmen der photodynamischen Behandlung der oberflächlichen
Krebsschädigungen
oder anderen pathologischen Beeinträchtigungen von Organen des
menschlichen Körpers
besteht die derzeit eingesetzte Technik darin, intravenös einen
Sensibilisator zu injizieren, der sich vorzugsweise in den neoplastischen
Geweben festsetzt. Der kranke Gewebsbereich, der den Photosensibilisator
enthält, wird
dann mit einem Licht bestrahlt, dessen Wellenlänge in Abhängigkeit von dem injizierten
Photosensibilisator bestimmt wird. Dieses Licht aktiviert den Photosensibilisator
und ruft eine chemische Reaktion hervor, die die Zellen zerstört. Diese
Bestrahlung erfolgt mit Hilfe von biegsamen Verteilungsvorrichtungen,
die Licht führen,
das im Allgemeinen von einer Laserquelle kommt, und dieses Licht
in dem zu behandelnden Organ auf kontrollierte Weise verteilen. Die
Stärke
des von der Verteilungsvorrichtung entsandten Lichts muss auf der
gesamten zu behandelnden Oberfläche
homogen sein, um die mit einer zu starken oder zu schwachen Exposition
verbundenen Probleme zu vermeiden. Eine zu starke Exposition, die
durch eine starke Lichtenergie hervorgerufen wird, kann zu Schäden an den
darunter liegenden gesunden Geweben sowie zu einer lokalen Erhitzung führen. Eine
zu schwache Exposition kann zu einem Rezidiv der Krankheit führen, wenn
gewisse Zellen durch die Behandlung nicht abgetötet werden.
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Es
sind bereits Verteilungsvorrichtungen dieses Typs bekannt, insbesondere
die Lichtverteilungsvorrichtung, die in dem amerikanischen Patent US-A-5
536 265 beschrieben ist. Diese Verteilungsvorrichtung umfasst eine
optische Faser, von der ein Endabschnitt bis zum Kern freigelegt
wurde, eine erste Schicht einer transparenten elastischen Substanz, eine
zweite Schicht eines Materials mit Lichtverteilungseigenschaften,
wobei diese Einheit in einem transparenten röhrenförmigen Teil enthalten ist,
der eine Schutzhülle
darstellt.
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Einerseits
ist die Konstruktion dieses Verteilers komplex. Andererseits ist
der Endabschnitt der optischen Faser, der eine Länge hat, die ein Dutzend Zentimeter
bei einem Durchmesser von einigen Hundert Mikrometern erreichen
kann, äußerst schwierig im
Inneren des röhrenförmigen Teils
auf Grund der Biegsamkeit dieser beiden Elemente zu zentrieren. Aus
diesem Grund ist die zweite Schicht aus einem Material mit Verteilungseigenschaften
unregelmäßig um den
Kern der freigelegten Faser, die diesen Endabschnitt darstellt,
vorgesehen. Nun sind die Verteilungseigenschaften insbesondere mit
der Dicke des den Kern umgebenden Verteilungsmaterials verbunden.
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Um
eine homogene Verteilung des von der optischen Faser übertragenen
Lichts zu erzielen, ist es wesentlich, dass die Verteilungspartikel
homogen verteilt sind und die Dicke der Verteilungsschicht konstant
ist.
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Darlegung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung soll die Nachteile des Standes der Technik
vermeiden und eine Verteilungsvorrichtung vorschlagen, die diesem
Ziel entspricht und deren Konstruktion vereinfacht ist.
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Zu
diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass die Schicht der Lichtverteilungssubstanz von einem vorgefertigten
röhrenförmigen Teil
mit Wänden
mit konstanter Dicke gebildet ist, in den der Endabschnitt der Faser
eingesetzt ist.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsart
ist der röhrenförmige Teil
aus einem wärmeformbaren Material,
in das Verteilungspartikel, die die Lichtverteilungseigenschaft
aufweisen, eingegliedert sind, wobei diese Partikel homogen in dem
wärmeformbaren
Material verteilt sind.
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Vorzugsweise
umfasst sie eine Schicht eines transparenten Materials, das zwischen
der Außenwand
des Endabschnittes und der Innenwand des röhrenförmigen Teils angeordnet ist.
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Auf
vorteilhafte Weise kann die Vorrichtung an ihrem distalen Ende einen
Spiegel umfassen, der derart angeordnet ist, dass er in die Faser
das Licht zurückschickt,
das über
die Endfläche
des Faserabschnitts austritt.
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Der
röhrenförmige Teil
wird vorzugsweise durch Extrusion eines röhrenförmigen Segments von großer Länge aus
einem wärmeformbaren
Material, das Verteilungspartikel enthält, und durch Schneiden eines
Abschnitts auf eine vorbestimmte Länge hergestellt.
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Der
röhrenförmige Teil
mit Verteilungseigenschaften bildet vorteilhafterweise die äußere Schutzhülle des
optischen Faserabschnitts.
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Zusammenfassende
Beschreibung der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsart
und die beiliegende Zeichnung besser verständlich, in der die einzige
Figur eine Schnittansicht des Endes einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung
darstellt.
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Beste Art
der Verwirklichung der Erfindung
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Unter
Bezugnahme auf die Figur setzt sich das Ende der Verteilungsvorrichtung 10 aus
dem Endabschnitt einer optischen Faser 11 zusammen, die von
einem Kern 11a, umgeben von einem Mantel 11b,
gebildet ist, der in einem eine Hülle 12 bildenden röhrenförmigen Teil
angeordnet ist. Dieser Abschnitt der Faser 11 wird in der
Hülle 12 durch
eine Schicht eines Materials 13 gehalten, die zwischen
der Außenwand 14 des
Faserabschnitts 11 und der Innenwand 15 der Hülle 12 angeordnet
ist. Ein Spiegel 16, der in der Hülle 12 angeordnet
ist, wird gegen die Endfläche 17 des
Faserabschnitts 11 gedrückt
und bildet das distale Ende der Verteilungsvorrichtung 10.
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Um
diese Verteilungsvorrichtung 10 herzustellen, wird zuerst
ein erster Schritt unternommen, der darin besteht, den Mantel 11b der
Faser 11 auf einer Länge
L, die der Länge
des Verteilungsteils der Verteilungsvorrichtung 10 entspricht,
zu zerstören, um
es einem Teil des Lichts zu ermöglichen,
aus dem Kern der Faser auszutreten. Wenn dieser Teil des Mantels
beseitigt wurde, wird der Teil des so freigelegten Kerns 11a aufgeraut.
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Dieses
Aufrauen kann auf verschiedene Weise erfolgen, wie beispielsweise:
- – Angriff
mit einer chemischen Substanz mit Hilfe einer Säure, Base oder eines Lösungsmittels,
- – mechanischer
Angriff durch Abschleifen, Sandstrahlen oder Spanabhebung,
- – thermischer
Angriff mit Hilfe von heißer
Luft, eines erhitzten Werkzeugs oder eines Wärmelasers, oder
- – Bearbeitung
mit dem Laser mit Hilfe eines Excimer-Lasers.
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Das
verwendete Verfahren muss die Kontrolle der Rauheit ermöglichen,
so dass die Lichtmenge, die so aus dem Kern 11a der Faser
auf der Länge
L austritt, dem gewünschten
Profil entspricht.
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In
einem zweiten Schritt wird der freigelegte Faserabschnitt 11 in
eine Außenhülle 12 eingeführt. Diese
Hülle ist
einerseits dazu bestimmt, die Faser vor der Wirkung von äußeren Mitteln,
wie beispielsweise chemischen Produkten, die für die Desinfektion der Verteilungsvorrichtung
vor und nach seiner Verwendung eingesetzt werden, und vor mechanischen
Stößen, die
bei der Beförderung
entstehen können,
zu schützen
und andererseits die Winkelverteilung des Lichts, das aus dem rauen
Teil der Faser austritt und den Phänomenen der Beugung und Brechung
unterliegt, homogen zu gestalten.
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Um
diese homogene Verteilung zu erzielen, ist die Hülle aus einem thermoplastischen
Material hergestellt, in das Partikel einer Verteilungssubstanz eingelassen
sind, wobei die Partikel das von dem Faserabschnitt 11 entsandte
Licht beugen und/oder brechen und homogen verteilen sollen. Die
verwendete Substanz ist beispielsweise Titandioxid (TiO2), das
in das thermoplastische Material in einem Verhältnis von ungefähr 1% eingegliedert
wird. Die Vorbereitung der Mischung aus der Verteilungssubstanz und
dem Thermoplast kann in relativ großer Menge und auf industrielle
Weise erfolgen, um eine homogene Verteilung der Partikel zu erzielen.
Diese Mischung wird dann extrudiert, und ein Hüllensegment von großer Länge wird
auf an sich bekannte Weise wärmegeformt.
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Die
so erhaltene Hülle 12 weist
eine konstante Verteilungsmaterialdicke auf und kann mit großer Präzision hergestellt
werden. Hüllenabschnitte,
die für
die Herstellung von Verteilungsvorrichtungen verwendbar sind, werden
aus dem Segment von großer Länge ausgeschnitten,
wodurch es auch möglich
ist, eine Konstanz der optischen Eigenschaften der so erhaltenen
Abschnitte zu gewährleisten.
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Die
Faser 11 wird in der Hülle 12 mit
Hilfe einer Schicht 13 eines transparenten Verbindungsmaterials
gehalten, die zwischen die äußere Wand 14 des
Faserabschnitts 11 und die innere Wand 15 der Hülle 12 eingeführt wird.
Das allgemein verwendete Material ist transparenter Silikonkautschuk,
da er eine ausgezeichnete optische Übertragung aufweist. Sein Brechungsindex
ist kleiner als jener des Kerns der Faser, und seine mechanischen
Eigenschaften sind gut bekannt. Dennoch kann die Verwendung jedes
anderen weichen transparenten Materials, dessen Brechungsindex gering
ist, vorgesehen werden. Die Dicke der Schicht 13 ist kein
Schlüsselfaktor
bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Verteilers, da eine Dicke
von ungefähr
630 nm ausreicht, um den gewünschten
Wellenleitereffekt zu erzielen. Dank ihres geringen Brechungsindexes
spielt diese Schicht die Rolle eines Mantels für den freigelegten Kern 11a des
Endabschnitts der Faser 11.
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Der
Spiegel 16, dessen reflektierende Seite an die Endfläche 17 des
Faserabschnitts 11 gedrückt ist,
ermöglicht
es, die Lichtverluste am Ende der Faser zu begrenzen, wobei er das über die
Endfläche 17 austretende
Licht in den Verteilungsteil zurückschickt.
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Der
Vorteil der so erhaltenen Verteilungsvorrichtung im Vergleich mit
jener, die Gegenstand des im Oberbegriff erwähnten amerikanischen Patents ist,
besteht darin, dass die Dicke des Verteilungsmaterials immer konstant
ist, da die Herstellung einer Hülle
durch Extrusion eines Thermoplasts sehr gut beherrscht wird. In
der Verteilungsvorrichtung des Standes der Technik hängt die
Dicke des Verteilungsmaterials von der Zentrierung der Faser in
der äußeren Hülle ab,
was sehr schwer zu kontrollieren ist, da die Faser und die äußere Hülle biegsam
sind und die Zentrierung auf einer Länge bis zu 10 cm erzielt werden
muss. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Faser die äußere Hülle an einem
Punkt berührt,
ist groß,
was zur Folge hat, dass eine sehr geringe Dicke an Verteilungsmaterial
an diesem Kontaktpunkt und somit eine weniger gute Lichtverteilung
vorhanden ist. In der erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung
ist die Zentrierung der Faser in der Hülle nicht kritisch, da die
Dicke der transparenten Schicht 13 keinen bedeutenden Einfluss
auf die Lichtverteilung hat. Ferner ist die Konstruktion dieser
Verteilungsvorrichtung vereinfacht, da die Hülle 12, die standardmäßig hergestellt
wird, als äußere Schutzhülle dient,
wobei sie gleichzeitig verteilend ist, und somit das Weglassen einer
Zwischenschicht ermöglicht.
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Bei
weiteren Ausführungsvarianten
kann vorgesehen werden, dass die Hülle direkt um die Faser wärmegeformt
wird. Es kann auch vorgesehen werden, die Schicht aus transparentem
Material durch eine Luftschicht zu ersetzen und die Faser in der
Hülle nur
durch regelmäßig an der
Innenwand der Hülle
beabstandete Kleberpunkte zu befestigen.