DE69832888T2

DE69832888T2 - Einrichtung zur topischen photodynamischen therapie

Info

Publication number: DE69832888T2
Application number: DE69832888T
Authority: DE
Inventors: A. Merrill BIEL
Original assignee: Advanced Photodynamic Technologies Inc
Current assignee: Advanced Photodynamic Technologies Inc
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: CA2302044C; EP1009483A1; US7070611B2; CA2302044A1; DE69832888D1; ATE313353T1; EP1009483B1; AU9294298A; WO1999010046A1; US20030009205A1; EP1009483A4; US6743249B1

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine medizinische Vorrichtung zur photodynamischen Therapie (PDT). Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einlage oder ein Kissen und einen geformten Gegenstand wie beispielsweise ein Mundstück, die Lichtquellen für die topische PDT bereitstellen. Die vorliegende Erfindung verwendet vorteilhafterweise Lichtenergie zur Behandlung oder zum Erkennen von Krankheitserscheinungen in lebendem Gewebe, einschließlich Krebs und mikrobiologischer Pathogene. Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit lichtsensibilisierenden Mitteln eingesetzt werden.
US-Patent Nr. 4,822,335 mit dem Titel "Apparatus for Treatment of Cancer with Photodiode", offenbart dem Inhalt nach eine Vorrichtung zur Behandlung eines krebsartigen Läsionsabschnitts durch Abstrahlen einer Lichtenergie von einer Lichtquelle auf den krebsartigen Läsionsabschnitts, in dem zuvor eine lichtempfindliche Substanz mit einer Affinität für Tumoren aufgenommen und akkumuliert wurde. Die Lichtquelle umfasst eine erste Diode, die geeignet ist, die lichtempfindliche Substanz vom Zustand der kleinsten Energie zu einem Singulettzustand eines höheren Energieniveaus anzuregen, und eine zweite Photodiode, die geeignet ist, ein Energieniveau der lichtempfindlichen Substanz, die vom Singulettzustand in einen Triplettzustand zu einem noch höherem Energieniveau übergegangen ist, anzuregen.
US-Patent Nr. 5,358,503 mit dem Titel "Photo-Thermal Therapeutic Device and Method", offenbart dem Inhalt nach eine Vorrichtung zur gleichzeitigen oder selektiven Behandlung eines Hautbereichs und der angrenzenden subkutanen Struktur eines Patienten mittels Lichtenergie und therapeutischer Wärme, die mehrere dicht nebeneinander angeordnete Dioden enthält. Jede Diode hat eine Längsachse und kann einen nicht-kohärenten Lichtkegel projizieren, der den Lichtkegel von jeder danebenliegenden Diode überlappt, so dass das Licht den Behandlungsbereich vollständig bestrahlt. Ein Kissen oder eine Vorrichtung hält die Dioden in dicht nebeneinanderliegender Position.
US-Patent Nr. 5,611,793 mit dem Titel "Laser Treatment" offenbart dem Inhalt nach ein Verfahren zum Desinfizieren oder Sterilisieren von Gewebe der Mundhöhle oder einer Wunde oder Läsion in der Mundhöhle. Das Verfahren beinhaltet das Auftragen einer lichtsensibilisierenden Zusammensetzung auf das Gewebe und das Bestrahlen mit Laserlicht mit einer Wellenlänge, die von der lichtsensibilisierenden Zusammensetzung absorbiert wird.
WO 97/04836 an Dusa Pharmaceuticals, Inc. offenbart ein lichtemittierendes Kissen für PDT, das eine Hydrogelschicht umfasst, die eine optische Kopplung zwischen lichtemittierenden Elementen und einer Hautoberfläche herstellt und ein Medium darstellt, durch das Photopharmazeutika dispergiert werden kann.
US 5616140 an Prescott, M. offenbart eine lichtemittierende Behandlungsvorrichtung, die eine Anordnung aus lichtemittierenden Elementen umfasst, die auf einer flexiblen Leiterplatte innerhalb eines flexiblen Gehäuses montiert sind. Jedes lichtemittierende Element hat eine Ausgangsleistung von etwa 2,6 mW, und es ist ein Wärmeableiter in dem Gehäuse angeordnet.
US 5445608 an Chen und Mitarbeiter offenbart eine lichtemittierende implantierbare Sonde. Die Sonde kann flexibel sein und umfasst eine Anordnung aus lichtemittierenden Elementen, die mit einer Zentralschiene verbunden sind und in ein Polymermaterial eingebettet sind. Die Zentralschiene kann zum Dispergieren von Wärme verwendet werden.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine PDT-Behandlungsvorrichtung, die dafür konfiguriert ist, aus mehreren lichtemittierenden Elementen, die in der Vorrichtung angeordnet sind, Lichtenergie an eine Behandlungsstelle abzugeben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine lichtemittierende Behandlungsvorrichtung bereitgestellt, die durch ein flexibles Substratelement gekennzeichnet ist, das ein Gelmaterial umfasst und dafür geeignet ist, in Verbindung mit einem Behandlungsfeld verwendet zu werden; ein oder mehrere lichtemittierende Elemente, die innerhalb des Substratelements angeordnet sind, wobei das eine oder die mehreren lichtemittierenden Elemente dem Behandlungsfeld eine Lichtdosisleistung mit einem Wert zwischen etwa 0 mW/cm² bis etwa 150 mW/cm² zuführen; eine Wärmeableitungsschicht zum Transportieren von Wärme, die von dem einen oder den mehreren lichtemittierenden Elementen erzeugt wird, vom Behandlungsfeld fort; und eine äußere Schicht, die auf dem Substratelement angeordnet ist, zum Beschränken der Fläche des Behandlungsfeldes, die Licht von der Behandlungsvorrichtung ausgesetzt ist.
Die Behandlungsvorrichtung ist flexibel und dient zur Wundbehandlung und Biostimulation. Die Behandlungsvorrichtung mit lichtemittierenden Elementen arbeitet mit Wellenlängen im Bereich von etwa 450 nm bis etwa 850 nm, einer Dosierrate im Bereich von etwa 0 mW/cm² bis etwa 150 mW/cm² und einer Lichtdosis im Bereich von 0 bis 300 J/cm². Die Behandlungsvorrichtung kann mit Oberflächenbeobachtungsfähigkeiten ausgestattet sein, zu denen isotrope und anisotrope Lichtdetektoren oder Photodetektoren gehören können. Die Lichtdetektoren können in Kombination mit einer Steuerung zum automatischen Überwachen der Lichtdosis, der Lichtleistung und der Dosierrate verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthalten eine oberflächenkonforme Abdeckung wie beispielsweise ein lichtdiffundierendes Kissen und eine Geleinlage eine integrierte Anordnung aus oberflächenemittierenden Lasern mit vertikalem Resonator (VCSEL) als lichtaussendende Quelle zur topischen PDT-Behandlung.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein geformter Gegenstand dafür konfiguriert, Energie zu richten, und wird zur PDT-Behandlung verwendet. Eine Ausführungsform des geformten Gegenstandes enthält ein Mundstück zum Abdecken und Behandeln des Zahnfleischrandes eines Patienten. Eine weitere Ausführungsform enthält einen geformten Gegenstand zum Behandeln eines Gaumens.
Zusammenfassend ausgedrückt, betrifft eine Ausführungsform der Erfindung eine lichtemittierende Behandlungsvorrichtung, die eine Aufnahmeschale und eine Füllung enthält. Die Füllung ist wenigstens teilweise in der Aufnahmeschale angeordnet. Ein oder mehrere lichtemittierende Elemente sind in der Füllung und/oder in der Aufnahmeschale angeordnet. Die Aufnahmeschale, das Füllungsmaterial und die lichtemittierenden Elemente bilden eine Baugruppe. Die lichtemittierenden Elemente sind dafür konfiguriert, zum Zweck der photodynamischen Therapie einer Körperoberfläche Energie von der Baugruppe auszusenden. Die Aufnahmeschale und die Füllung können aus einem Polymermaterial bestehen. Die Aufnahmeschale oder die Füllung können aus einem Gel bestehen. Die Aufnahmeschale und die Füllung können als eine im Wesentlichen integrale Struktur ausgebildet sein. Die Behandlungsvorrichtung ist im Wesentlichen flexibel und kann sich an eine Körperoberfläche anpassen. Die lichtemittierenden Elemente können in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Anordnung angeordnet sein. Die lichtemittierenden Elemente können so konfiguriert sein, dass sie Energie in einem im Wesentlichen gleichmäßigen Muster aussenden. Die lichtemittierenden Elemente können in einer lichtdiffundierenden Schicht konfiguriert sein. Die lichtemittierende Behandlungsvorrichtung kann des Weiteren eine Wärmeableitungsschicht, eine Schicht aus Gold oder einer Goldlegierung oder eine Schicht aus Klebstoff enthalten, die auf wenigstens einer Oberfläche der Aufnahmeschale oder der Füllung angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine lichtemittierende Behandlungsvorrichtung, die eine Aufnahmeschale aus einem Polymermaterial und eine Füllung aus einem Polymermaterial mit einem Gel enthält. Die Füllung ist wenigstens teilweise in der Aufnahmeschale angeordnet. Ein oder mehrere lichtemittierende Elemente sind in einer Gruppierung in der Füllung und/oder in der Aufnahmeschale angeordnet. Die Aufnahmeschale, das Füllungsmaterial und die lichtemittierenden Elemente bilden eine Baugruppe. Die lichtemittierenden Elemente sind dafür konfiguriert, zum Zweck der photodynamischen Therapie Energie von der Baugruppe in einem im Wesentlichen gleichmäßigen Muster auszusenden. Eine Wärmeableitungsschicht ist mit der Baugruppe verbunden. Eine Schicht aus Goldmaterial ist mit einer Außenseite der Baugruppe verbunden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine lichtemittierende Behandlungsvorrichtung, die ein geformtes Element enthält. Das geformte Element ist dafür konfiguriert, an einer oder mehreren Körperoberflächen im Mund angeordnet zu werden. Ein oder mehrere lichtemittierende Elemente sind in dem geformten Element angeordnet und sind dafür konfiguriert, Energie zu der einen oder den mehreren Körperoberflächen zum Zweck der photodynamischen Therapie auszusenden. Die lichtemittierende Vorrichtung kann des Weiteren eine räumlich entfernte Lichtquelle enthalten, die über ein faseroptisches Element und/oder mehrere intern eingebettete Filamente und/oder einen oder mehrere VCSELs oder Kombinationen davon mit dem geformten Element wirkverbunden ist. Das geformte Element kann ein Gel enthalten, das lichtdiffundierende Eigenschaften aufweist. Das geformte Element kann zur Behandlung eines erkrankten Zahnfleischrandes konfiguriert sein. Das eine oder die mehreren lichtemittierenden Elemente können in das geformte Element eingebettet sein. Das geformte Element kann aus einem Polymer bestehen. Das geformte Element kann des Weiteren eine Steuerung enthalten, die mit dem geformten Element wirkverbunden ist, um verschiedene Intensitäts- oder Auswahlfunktionen bezüglich der ausgesandten Energie auszuführen. Die Steuerung kann dafür verwendet werden, die ausgesandte Energie in ausgewählten Mustern oder über ausgewählte Zeiträume hinweg anzusteuern.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Behandlungsvorrichtung offenbart, das Folgendes beinhaltet: Herstellen einer Aufnahmeschale; Herstellen einer Füllung; Anordnen von einem oder mehreren lichtemittierenden Elementen in dem Füllungsmaterial; und Anordnen der Füllung wenigstens teilweise in der Aufnahmeschale. Die Aufnahmeschale, das Füllungsmaterial und die lichtemittierenden Elemente bilden eine Baugruppe. Die lichtemittierenden Elemente sind dafür konfiguriert, an einer Behandlungsstelle Energie auszusenden.
Es wird ein Produkt offenbart, das mittels des Verfahrens zur Herstellung einer lichtemittierenden Behandlungseinlage hergestellt ist, das Folgendes enthält: Herstellen eines Elements; und Anordnen eines oder mehrerer lichtemittierender Elemente in dem Element. Das Element und das eine oder die mehreren lichtemittierenden Elemente bilden eine Baugruppe, und die lichtemittierenden Elemente sind dafür konfiguriert, Energie an einer Behandlungsstelle zum Zweck der photodynamischen Therapie auszusenden.
Es wird ein Verfahren zur Verwendung einer lichtemittierenden Behandlungsvorrichtung offenbart, das Folgendes bein haltet: Identifizieren eines Behandlungsbereichs auf einer Körperoberfläche; und Auflegen einer Fläche einer lichtemittierenden Behandlungsvorrichtung auf eine Körperoberfläche oder ein Körpergewebe. Die lichtemittierende Behandlungsvorrichtung weist eine Füllung und ein oder mehrere lichtemittierende Elemente auf, die in der Füllung angeordnet sind. Die Füllung und die lichtemittierenden Elemente bilden eine Baugruppe. Die lichtemittierenden Elemente sind dafür konfiguriert, Energie an einer Behandlungsstelle abzugeben, wobei eine lichtaussendende Quelle für eine Zeitdauer aktiviert wird, dergestalt, dass das eine oder die mehreren lichtemittierenden Elemente zum Zweck der photodynamischen Therapie an der Behandlungsstelle Energie aussenden. Das Verfahren kann des Weiteren das Injizieren eines Arzneimittels durch die Behandlungsvorrichtung in den Körper beinhalten.
Es wird ein Produkt offenbart, das mittels des Verfahrens zur Herstellung einer lichtemittierenden Behandlungsvorrichtung hergestellt ist, wobei das Verfahren Folgendes enthält: Herstellen einer Form; Gießen eines Materials in eine Aussparung, die durch die Form gebildet wird, wobei das Material sich in einem im Wesentlichen viskos-flüssigen Zustand befindet; Anordnen eines oder mehrerer Filamente in der Form vor dem Hinzufügen des Materials oder Einbetten des einen oder der mehreren Filamente in dem Material, nachdem es in die Aussparung, die durch die Form gebildet wird, gegossen wurde, und Aushärten oder Trocknen des Materials dergestalt, dass das Material und das eine oder die mehreren Filamente eine Behandlungsvorrichtung bilden. Das Verfahren kann des Weiteren das Aushärten des Materials bei einer Umgebungstemperatur oder bei einer erhöhten Temperatur beinhalten.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine lichtemittierende Behandlungsvorrichtung, die ein Element enthält, das eine Dicke aufweist. Das Element ist so konfiguriert, dass es sich an eine oder mehrere Körperoberflächen anpasst. Es sind ein oder mehrere lichtemittierende Elemente in dem Element angeordnet. Das Element und das eine oder die mehreren lichtemittierenden Elemente bilden eine Baugruppe. Das eine oder die mehreren lichtemittierenden Elemente sind dafür konfiguriert, zum Zweck der photodynamischen Therapie einer oder mehrerer Körperoberflächen Energie von der Baugruppe auszusenden. Das Element kann einen oder mehrere Lichtdetektoren enthalten, die für eine Oberflächenüberwachung konfiguriert sind. Die lichtemittierende Behandlungsvorrichtung kann Lichtwellenlängen im Bereich von etwa 450 nm bis etwa 850 nm, eine Lichtdosierrate im Bereich von etwa 0 mW/cm² bis etwa 150 mW/cm² und eine Lichtdosis im Bereich von 0 J/cm² bis etwa 300 J/cm² abgeben.
Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit – oder bezüglich – Erfindungen verwendet werden, die in den folgenden Anmeldungen offenbart sind, die gleichzeitig zum selben Datum wie die vorliegende Schrift eingereicht wurden.
US-Patentanmeldungen: M. Biel, Erfinder:
Method of Enhancing Photodynamic Therapy by Administering an Immunologic Adjuvant, Seriennummer 09/139,861;
Dye Treatment Solution and Photodynamic Therapy and Method of Using Same, Seriennummer 09/139,866, US-Patent Nr. 6,251,127;
Spatial Orientation Grid and Light Sources and Method of Using Same for Medical Diagnosis and Photodynamic Therapy, Seriennummer 09/139,862, US-Patent Nr. 6,048,359;
Rectangular Laser Irradiation Field Producing Apparatus for Medical Treatment, Seriennummer 09/139,480;
Methylene Blue and Toluidene Blue Mediated Fluorescence Diagnosis of Cancer, Seriennummer 09/139,481, US-Patent Nr. 6,083,487.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung und der Verfahren zu ihrer Herstellung werden für den Fachmann ohne Weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, in der nur die bevorzugten Ausführungsformen durch einfache Veranschaulichung der besten Art und Weise, die für die Durchführung der Erfindung erwogen wird, gezeigt und beschrieben sind. Es versteht sich, dass die Erfindung auch in anderen und unterschiedlichen Ausführungsformen und Herstellungsverfahren implementiert werden kann, und ihre verschiedenen Details lassen sich in vielfacher offenkundiger Hinsicht modifizieren, ohne dass von der Erfindung abgewichen wird. Dementsprechend sind die Zeichnung und die Beschreibung lediglich als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht auf eine lichtemittierende und lichtdiffundierende Behandlungsvorrichtung, in der mehrere strahlenförmig auseinanderlaufende optische Filamente gezeigt sind.
2 ist eine Draufsicht auf eine lichtemittierende und lichtdiffundierende Behandlungsvorrichtung, in der ein schlangenlinienförmiges optisches Filament gezeigt ist.
3 ist ein Querschnitt durch eine lichtemittierende und lichtdiffundierende Behandlungsvorrichtung, die aus einer Aufnahmeschale, einer Füllung und einem eingebetteten optischen Filament aufgebaut ist.
4 ist eine Draufsicht auf mehrere VCSELs, die in einer Behandlungsvorrichtung angeordnet sind, die an eine unabhängige Stromversorgung angeschlossen ist.
5 ist ein Seitenaufriss der Schichten der Behandlungsvorrichtung von 4 mit einer Zwischenschicht aus VCSELs, die zwischen einer Wärmeableitungsschicht und einer Lichtdiffusionsschicht angeordnet sind.
6 ist eine Draufsicht auf eine Behandlungsvorrichtung mit VCSELs.
7 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der lichtemittierenden Behandlungsvorrichtung.
8 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der lichtemittierenden Behandlungsvorrichtung von 6.
9 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der lichtemittierenden Behandlungsvorrichtung von 6.
10 ist eine Ansicht der lichtemittierenden Behandlungsvorrichtung, die auf einer Körperoberfläche angeordnet ist, zusammen mit einer zugehörigen Energiequelle.
11 ist eine geformte Vorrichtung, die in Form eines Mundstücks gestaltet ist, mit energieabgebenden Elementen.
12 ist eine Seitenansicht der geformten Vorrichtung von 11, die zur PDT im Mund eines Patienten angeordnet ist.
13 ist eine weitere Ausführungsform der geformten Vorrichtung.
14 ist eine Seitenansicht der geformten Vorrichtung von 13 entlang der Linie 14-14.
15 ist ein Vorderaufriss einer Gruppierung von Laserdiodenelementen.
16 ist ein schaubildhafter Seitenaufriss der Laserdiodenelemente des Typs, die in der Gruppierung von 15 angeordnet sind.
17 ist ein schaubildhafter Seitenaufriss der Gruppierung aus Laserdiodenelementen, einem Linsensystem und primären optischen Fasern, die zur PDT verwendet werden.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Behandlungsvorrichtung 10, 20, 30, wie beispielsweise eine Einlage, ein Kissen oder ein geformter Gegenstand, verwendet, die sich an ein oder mehrere Körperoberflächenmerkmale anpasst und zur Behandlung des Oberflächengewebes mittels PDT verwendet wird.
Wenden wir uns 1 zu, wo eine Behandlungsvorrichtung 10 veranschaulicht ist, die mehrere strahlenförmig auseinanderlaufende optische Filamente aufweist und lichtemittierende und lichtdiffundierende Merkmale bereitstellt. Die Behandlungsvorrichtung 10 dient zur Behandlung einer Fläche der Haut oder eines offenliegenden (oder offenlegbaren) Gewebes mit topischem oder oberflächlichem PDT-Kontakt mit allgemein gleichmäßig intensiver Lichtenergie über lange Zeiträume. 2 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform einer Behandlungsvorrichtung 10 mit einem schlangenlinienförmigen optischen Filament 12.
3 veranschaulicht einen Querschnitt durch eine Behandlungsvorrichtung 10, die aus einer Aufnahmeschale 16 mit einem ausgesparten Bereich, einer Füllung 18, die in dem ausgesparten Bereich ausgebildet ist, und einem darin eingebetteten optischen Filament 12 aufgebaut ist. Die Füllung 18 hat eine freiliegende Fläche 20 auf der Unter- oder der zur Haut weisenden Seite. Zusammen definieren die Aufnahmeschale 16 und die Füllung 18 die Form und Konsis tenz der Behandlungsvorrichtung 10 und bilden eine integrale oder unitäre Struktur.
Ein geeignetes Material für die Aufnahmeschale 16 und die Füllung 18 ist Silikon, in das ein oder mehrere optische oder lichtübertragende Filamente 12 eingebettet werden können. Das Silikonmaterial streut allgemein das von den Filamenten 12 abgegebene Licht gleichmäßig über einen behandelten Bereich des Körpers.
Die Aufnahmeschale 16 besteht vorzugsweise aus einem ausgehärteten Flüssigsilikonkautschukmaterial wie beispielsweise Dimethylsilikon, das ausreichend steif ist, um das Füllmaterial 18 zu stützen und aufzunehmen. Die Aufnahmeschale 16 besteht vorzugsweise aus einem hoch-flexiblen, komprimierbaren und verformbaren Material mit einer Durometereinstufung von etwa 20 A (Shore-Einheiten) oder weniger, einer Zugfestigkeit von mindestens etwa 450 psi, einer Dehnungsfähigkeit von mindestens etwa 650% und einer Reißfestigkeit von mindestens etwa 70 ppi. Ein geeignetes Material ist LSR-10, bei dem es sich um einen Flüssigsilikonkautschuk handelt, der unter der Produktkennung Nr. 40023 bei der Applied Silicone Corporation aus Ventura, Kalifornien, zu beziehen ist.
Die Füllung 18 besteht vorzugsweise aus einer allgemein hoch-festen und belastbaren Silikongelzusammensetzung, die die natürliche Eigenschaft hat, an Silikonkautschuk oder Haut zu haften. Die Füllung 18 hat eine Ablösefestigkeit von ungefähr 0,5 ppi (lb/in) oder weniger von einer Edelstahloberfläche, ist hydrophob, kann in Wasser gereinigt werden und ohne wesentlichen Verlust seiner natürlichen Klebrigkeit wiederverwendet werden. Ein geeignetes Material ist ein Silikongelmaterial, das unter der Produktkennung Nr. 40022 bei der Applied Silicone Corporation aus Ventura, Kalifornien, zu beziehen ist. Aufnahmeschale 16 und Füllung 18 sind bei normaler Betrachtung durch den Patienten im Allgemeinen nicht voneinander unterscheidbar. Die Aufnahmeschale 16 und die Füllung 18 sind im Allgemeinen klar und haben eine ausreichende Oberflächenstrukturierung oder innere Trübung, um geeignete Lichtstreuungseigenschaften aufzuweisen.
In die Behandlungsvorrichtung 10 können ein oder mehrere optische Filamente 12 eingearbeitet sein. Die Filamente 12 können mit einer optischen Faser 14 integral ausgebildet oder wirkverbunden sein und mit einer (nicht gezeigten) räumlich entfernten Lichtquelle gekoppelt sein. Die Filamente 12 sind in einer geeigneten Gruppierung angeordnet, welche die Lichtenergie gleichmäßig und effizient in dem gesamten Arbeitsbereich der Behandlungsvorrichtung 10 ausbreitet. Das Gruppierungsmuster kann strahlenförmig abgehende Speichen oder eine Serpentinenkonfiguration, wie in den 1–2 gezeigt, oder sonstige Varianten und Kombinationen davon aufweisen.
Bei der Herstellung einer Ausführungsform der Behandlungsvorrichtung 10 wird zuerst die Aufnahmeschale 16 geformt, woraufhin die Füllung 18 in einem hoch-viskosen flüssigen oder sirupartigen Zustand in die durch die Aufnahmeschale 16 definierte Aussparung gegossen wird. Die Filamente 12 können in der Aufnahmeschale 16 angeordnet werden, bevor das Füllmaterial 18 hinzugefügt wird, oder die Filamente 12 können in das Füllmaterial 18 eingebettet werden, nachdem das flüssige Material in die Aussparung gegossen wurde, oder während der Anfangsphasen des Aushärtungsprozesses. Dann lässt man das Füllmaterial 18 aushärten oder trocknen. Der Trocknungs- oder Aushärtungsvorgang kann bei Umgebungstemperaturen geschehen oder kann durch Wärmezufuhr unterstützt werden. Im Allgemeinen kommt es zu einer relativ geringen Oberflächengrenzunterscheidung zwischen den Filamenten 12 und der Füllung 18. Nach dem Aushärten oder Trocknen hat die Füllung 18 eine zuverlässige Verbindung zur Aufnahmeschale 16 und den Filamenten 12, so dass eine unitäre oder integrale Behandlungsvorrichtung 10 entsteht.
Die freiliegende Fläche 20 haftet im Allgemeinen stark an Haut und an der gegenüberliegenden Fläche 22 der Aufnahmeschale 16. Wenn die freiliegende Fläche 20 mit der gegenüberliegenden Fläche 22 der Aufnahmeschale über einen längeren Zeitraum in Kontakt bleibt, beispielsweise wenn die Behandlungsvorrichtung 10 umfänglich um einen behandelten Bereich, wie beispielsweise um einen Finger oder Arm des Patienten, herumgewickelt und an sich selbst angehaftet wird, so geht die Füllung 18 keine dauerhafte Verbindung mit der Aufnahmeschale 16 ein. Somit haftet die Füllung 18 lösbar an den überlappten Regionen der Aufnahmeschale 16, und die freiliegende Fläche 20 bleibt nicht an der Aufnahmeschale 16 zurück, wenn die beiden Flächen 20, 22 voneinander abgezogen werden. Die Aufnahmeschale 16 fungiert vorteilhafterweise als ein kohäsiver Träger des Füllmaterials und als ein anbringbares, aber wieder ablösbares Verankerungssubstrat für die Füllung 18. Aufgrund der allgemein niedrigen Scher- und Ablösekrafteigenschaften der Füllung 18, wenn sie mit der "Rückseite" der Aufnahmeschale 16 in Kontakt steht, weist die Behandlungsvorrichtung 10 vorteilhafterweise ein selbstbegrenzendes Wickelvermögen auf. Die Behandlungsvorrichtung 10 kann nicht zu fest gewickelt werden, sonst löst sie sich von selbst ab oder wickelt sich von selbst auf, wodurch ein versehentliches Abschnüren des Blutflusses verhindert wird. Die Behandlungsvorrichtung 10 bleibt vorteilhafterweise an ihrem Platz, wenn sie korrekt für einen Behandlungsbereich bemessen ist und mit der korrekten Spannung am Patienten angebracht wird. Die Behandlungsvorrichtung 10 passt sich vorteilhafterweise an und dehnt sich gegebenenfalls ein wenig, um einen gewünschten Bereich, der einer PDT unterzogen werden soll, zu berühren und zu bedecken. Die Behandlungsvorrichtung 10 haftet von selbst an dem von der Füllung 18 kontaktierten Bereich an und verteilt Lichtenergie gleichmäßig innerhalb des behandelten Bereichs. Die Behandlungsvorrichtung 10 lässt sich im Allgemeinen mühelos von der Haut oder dem Gewebe des Patienten ablösen, ohne dass der Patient einen Schmerz empfindet oder das Gewebe geschädigt wird. Mittels einer hypodermischen Spritze kann ein therapeutisches Mittel oder ein therapeutischer Markierer durch die Behandlungsvorrichtung 10 hindurch injiziert werden, ohne sie während der Behandlung abnehmen oder anheben zu müssen. Alternativ kann ein Abschnitt der Behandlungsvorrichtung 10 abgelöst werden, um die Haut oder Gewebe freizulegen, um weitere topische Medikamente zu verabreichen oder um das Gewebe zu reinigen, ohne den übrigen Teil der Behandlungsvorrichtung 10 abnehmen zu müssen.
4 veranschaulicht mehrere Gruppierungsfelder 22, die aus VCSELs bestehen, die in einer Behandlungsvorrichtung 20 angeordnet sind, welche mit einer unabhängigen Stromversorgung 19 verbunden ist. Mehrere Gruppierungsfelder 22, die aus VCSELs oder Leuchtdioden (LEDs) bestehen, sind in einer Gruppierung oder einem Muster angeordnet und sind in einem Substrat 13 angehaftet oder befestigt, so dass eine Behandlungsvorrichtung 20 entsteht. Die Behandlungsvorrichtung 20 ist mit einer verstellbaren unabhängigen Stromquelle 19, wie beispielsweise einer Batterie, über einen herkömmlichen Draht 17 oder ein Kabel wirkverbunden. Die Gruppierungsfelder 22 und VCSELs oder LEDs können in Reihe, parallel oder in Kombinationen aus Reihen- und Parallelschaltung unter Verwendung zweckmäßiger Muster zwischen benachbarten Reihen oder über eine periphere Konfiguration verdrahtet sein.
Die Behandlungsvorrichtungen 10, 20, 30, 40 können ein oder mehrere Oberflächenüberwachungselemente 21, wie beispielsweise isotrope oder anisotrope Lichtdetektoren oder Photodetektoren, aufweisen. Die Oberflächenüberwachungselemente 21 können in Kombination mit einer Steuerung verwendet werden, um automatisch Eigenschaften wie beispielsweise Lichtwellenlänge (nm), Lichtdosierung (Joule/cm²) und die Lichtdosierungsrate (mW/cm²) zu überwachen und zu steuern.
5 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Behandlungsvorrichtung 20 mit einer Zwischenschicht aus Gruppierungsfeldern 22, die aus VCSELs bestehen, die zwischen einer Wärmeableitungsschicht 29 und einer Lichtdiffusionsschicht 28 angeordnet ist. Die Lichtdiffusionsschicht 28 besteht vorzugsweise aus einem Silikonkautschukmaterial, und die Wärmeableitungsschicht 29 besteht vorzugsweise aus einem Material, das dafür konfiguriert ist, Wärme, die von den aus VCSELs bestehenden Gruppierungsfeldern 22 erzeugt wird, zu absorbieren oder zu streuen. Die VCSELs können nahe beieinander angeordnet sein oder können voneinander beabstandet sein, um das Biegen des Substrats 13 zu erleichtern. Eine Ausführungsform des Substrats 13 hat vorzugsweise Abmessungen von etwa 3,0 cm × 1,2 cm und enthält 0,3 cm × 0,3 cm messende Gruppierungsfelder 22, die aus VCSELs bestehen.
Das Gruppierungsfeld 22 aus VCSELs kann von jeder beliebigen Größe, Form oder Wellenlänge sein, die für eine Vielzahl von Behandlungsanwendungen geeignet sind. Die Anzahl an VCSELs je Gruppierung 22 kann wahlweise festgelegt werden und unterscheidet sich je nach Faktoren wie beispielsweise der benötigten Lichtleistung (in mW/cm²). Die VCSELs sind von der Gewebeoberfläche um eine vorgegebenen Distanz getrennt oder beabstandet, die von Faktoren wie beispielsweise der auftreffenden Lichtenergie, die für Behandlung erforderlich ist, der Strahldivergenz und der Dicke oder Opazität der Lichtdiffusionsschicht 28 abhängt. Die Trennung kann ungefähr 1–2 mm betragen. Die Gruppierung kann ausreichend flexibel oder verformbar sein, um sich an eine Vielzahl von Körperformen oder -teilen anzupassen, wie beispielsweise Zunge, Gaumen oder Wange sowie normalerweise freiliegende Hautbereiche mit komplexen oder unregelmäßigen Krümmungen oder engen Radien, wie beispielsweise Arm oder Bein, Finger oder Zehe, Ferse, Handgelenk oder Ellenbogen eines Patienten.
6 veranschaulicht eine Behandlungsvorrichtung 30 mit mehreren Gruppierungsfeldern 22 aus VCSELs.
7 veranschaulicht eine Ausführungsform der Behandlungsvorrichtung 10 mit einer Schicht 32 aus einem Material wie beispielsweise Gold, die auf einer oder mehreren Flächen angeordnet ist, um die PDT auf einen bestimmten Bereich zu beschränken. Die Schicht kann zum Zeitpunkt der Behandlung je nach dem gewünschten Behandlungsbereich hinzugefügt werden.
8 veranschaulicht eine Ausführungsform der Behandlungsvorrichtung 20, 30 aus den 4 und 6. Es ist eine Ausführungsform eines Substrats 13 veranschaulicht, das aus einer Aufnahmeplatte 16 ohne Aussparung und einer Lage 18 besteht, die über den aus VCSELs bestehenden Gruppierungsfeldern 22 und der Aufnahmeplatte 16 ausgebildet ist. Alternativ können die Behandlungsvorrichtungen 10, 20, 30 aus einem Substrat 13 bestehen, das aus einem oder mehreren Materialien in einer Form ausgebildet wird. Es ist eine Schicht 32 aus einem Material wie beispielsweise Gold gezeigt, die auf einer einzelnen Fläche angeordnet ist, um die PDT auf einen bestimmten Bereich zu beschränken.
9 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der lichtemittierenden Behandlungsvorrichtung 20, 30.
10 veranschaulicht eine Behandlungsvorrichtung 10, 20, 30, die auf einer Körperoberfläche angeordnet ist, zusammen mit einer zugehörigen Energiequelle und einer Steuerung 60.
11 ist eine geformte Vorrichtung 40, die in Form eines Mundstücks 42 gestaltet ist und energieabgebende Elemente 44 enthält. Eine Ausführungsform der geformten Vorrichtung 40 hat die Form eines Mundstücks, das über den Zähnen und dem Zahnfleisch eines Patienten zur Behandlung von Krebs angeordnet werden kann. Die geformte Vorrichtung 40 kann aus Silikonkautschuk oder einem ähnlichen lichtstreuenden Material bestehen, das sich an eine mittels PDT zu behandelnde Oberfläche anpasst. Die geformte Vorrichtung 40 ist über ein faseroptisches Element oder mehrere im Inneren eingebettete Filamente mit einer räumlich entfernten Lichtquelle wirkverbunden. Alternativ kann die geformte Vorrichtung selbst einen oder mehrere VCSELs enthalten, die in einem Gruppierungsfeld oder Muster angeordnet sind, und ist mit einer räumlich entfernten Stromversorgung verbunden. 12 veranschaulicht die geformte Vorrichtung 40, die im Mund eines Patienten angeordnet ist.
13 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der geformten Vorrichtung 50, welche die Form eines Mundstücks 52 hat. Das Mundstück 52 enthält energieabgebende Elemente 54, die zur PDT des Gaumens verwendet werden. 14 veranschaulicht ein Mundstück 50 von 13 entlang der Linie 14-14.
15 veranschaulicht eine Anordnung aus Laserdiodenelementen, die für ein Lichtemissions- und -übertragungssystem zur PDT als ein Beispiel für eine räumlich entfernte Lichtquelle verwendet wird. Eine monolithische 20 × 20-Gruppierung 120 aus mehreren Laserdiodenelementen 100 hat eine Vorderseite 140 und eine Rückseite 160, die mit einem Wärmeableitungselement 180 wirkverbunden sind, um überschüssige Wärme 200 von der Rückseite 160 der Gruppierung 120 abzutransportieren.
16 veranschaulicht ein Laserdiodenelement des Typs, der in der Gruppierung 120 von 15 angeordnet ist. Jedes Laserdiodenelement 100 enthält vorzugsweise eine Spiegelfläche 220, ein Verstärkungsmedium 240 und einen Ausgangskoppler 260. Energie in Form eines geeigneten elektrischen Stroms 300 wird in das Verstärkungsmedium 240 eingespeist, in Laserlicht 320 umgewandelt und vom Ausgangskoppler 260 im Wesentlichen senkrecht zur Vorderseite 140 abgegeben. Jedes Laserdiodenelement 100 hat normalerweise eine zylindrische Gestalt, misst etwa 10 Mikron im Durchmesser 280 und ist gleichmäßig um etwa 100 Mikron von benachbarten Laserdiodenelementen 100 beanstandet. Das Laserlicht von jedem Laserdiodenelement 100 hat einen Strahldivergenz-Halbwinkel 340 von etwa 3° und eine Ausgangsleistung im Bereich von etwa 0,1 bis 5 Milliwatt. Die Gesamtwellenfront 360 der Laserdiodenelemente 100 ist phaseninkohärent, aber ist im Wesentlichen in der Ausbreitungsrichtung der optischen Achse 400 ebenenparallel, und trifft daher als ein Konjugat auf das Linsensystem 420 in einer Weise auf, die im Wesentlichen mit einem Strahl übereinstimmt, der von einer Quelle in einer unendlichen Entfernung ausgeht.
Das Linsensystem 420 hat die gleiche optische Achse 400 wie die Gruppierung 120 und ist von der Gruppierung 12 um eine Distanz 440 beabstandet und ist vom Brennpunkt 520 um eine Distanz 500 beabstandet. Das Linsensystem 420 hat eine vordere und hintere Brechungsfläche 460 bzw. 480, die durch das Brechungsmedium 470 definiert werden. Die Krümmungen der Brechungsflächen 460, 480 und die Brennweite 500 sind optimal gewählt, um die Gesamtwellenfront 360 zu einer minimalen Brennfläche 520 an der "Startfläche" der primären optischen Faser 600 zu kondensieren oder zu konvergieren, und ist optimal gewählt, und um die Anforderungen bezüglich der numerischen Apertur dieser primären optischen Faser 600 zu erfüllen. Für die beschriebene Ausführungsform unterfüllt die fokussierte Strahlfläche eine optische Faser von etwa 400 Mikron Kerngröße 640.
Die primäre optische Faser 600 überträgt die fokussierte Lichtenergie zu einem (nicht gezeigten) Lichtzuleitungsmechanismus, der wenigstens aus einer wegwerfbaren optischen Faser besteht, die mit einem strahlrichtenden Instrument wirkverbunden ist, das für die jeweilige Behandlungsanwendungsweise geeignet ist. 17 veranschaulicht als ein Beispiel für eine räumlich entfernte Lichtquelle eine Gruppierung aus Laserdiodenelementen, einem Linsensystem und einer primären optischen Faser, die dafür verwendet wird, Laserlichtenergie für eine PDT auszusenden und zu übertragen.
Der Lichtzuleitungsmechanismus wird dem behandelnden Arzt in steriler Form zur Verfügung gestellt und wird während der Vorbereitung einer PDT-Sitzung aus seiner Verpackung genommen und vor der Behandlung an die primäre optische Faser 600 nahe ihrer (nicht gezeigten) Umfassung oder ihres (nicht gezeigten) Gehäuses mittels einer geeigneten Fokussier- oder Muffenkupplung angekoppelt.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen lediglich ihre Prinzipien und sind nicht als einschränkend anzusehen. Dem einschlägig bewanderten Fachmann fallen weitere Modifikationen der im vorliegenden Text offenbarten Erfindung ein, und alle derartigen Modifikationen werden als in den Geltungsbereich der Erfindung fallend betrachtet, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Licht emittierende Einrichtung (10), umfassend: ein flexibles Substratelement, das ein Gelmaterial umfasst und ausgeführt ist, in Verbindung mit einem Behandlungsfeld verwendet zu werden; ein oder mehrere Licht emittierende Elemente (12), die innerhalb des Substratelements angeordnet sind, wobei das eine oder die mehreren Licht emittierenden Elemente (12) dem Behandlungsfeld eine Lichtdosisleistung mit einem Wert zwischen etwa 0 mW/cm² bis etwa 150 mW/cm² bereitstellen; eine Wärme ableitende Schicht (29) zum Transportieren von Wärme, die von dem einen oder mehreren Licht emittierenden Elementen (12) erzeugt wird, vom Behandlungsfeld fort, gekennzeichnet durch eine äußere Schicht (32), die auf dem Substratelement angeordnet ist, zum Beschränken der Fläche des Behandlungsfeldes, die Licht von der Einrichtung ausgesetzt ist.
Licht emittierende Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Substratelement geeignet ist, während einer photodynamische Therapie in Berührungskontakt mit einem Patienten platziert zu werden.
Licht emittierende Einrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei das Substratelement geformt ist, um während der photodynamischen Therapie in einem Mund aufgenommen zu sein.
Licht emittierende Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das eine oder die mehreren Licht emittierenden Elemente (12) in einer im Wesentlichen gleichförmigen Anordnung angeordnet sind.
Licht emittierende Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das eine oder die mehreren Licht emittierenden Elemente (12) ein oder mehrere Licht emittierende Elemente (12) innerhalb der Gruppe beinhalten, die VCSELs und LEDs beinhaltet.
Licht emittierende Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das eine oder die mehreren Licht emittierenden Elemente (12) faseroptische Elemente sind, die von einer Lichtquelle versorgt werden, die vom Behandlungsfeld entfernt ist.
Licht emittierende Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei ein Abschnitt der äußeren Schicht (32) zwischen der Licht emittierenden Einrichtung (10) und dem Behandlungsfeld angeordnet ist, wobei die äußere Schicht (32) selektiv in Relation auf eine Fläche innerhalb des Behandlungsfeldes konfiguriert ist.
Licht emittierende Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die äußere Schicht (32) aus Gold gebildet ist.
Licht emittierende Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die äußere Schicht (32) in der Lage ist, der Einrichtung zur Zeit der Behandlung hinzugefügt zu werden.
Satz, umfassend die Licht emittierende Einrichtung (10) nach Anspruch 1 und eine äußere Schicht (32), die in der Lage ist, an der Einrichtung angebracht zu werden, um die Fläche des Behandlungsfeldes zu beschränken, die Licht von der Einrichtung ausgesetzt ist.
Licht emittierende Einrichtung (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein adhäsives Element zum adhäsiven Befestigen der Einrichtung am Behandlungsfeld während einer photodynamischen Therapie.
Licht emittierende Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Substrat optisch diffusiv ist.
Licht emittierende Einrichtung (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Steuergerät, das operativ mit dem einen oder den mehreren Licht emittierenden Elementen (12) gekoppelt ist, wobei das Steuergerät die Lichtintensität in Reaktion auf das Rückkopplungssignal von einem oder mehreren Lichtdetektorelementen selektiv steuert.