EP1567228A1

EP1567228A1 - Lichtemittierendes textilgebilde, insbesondere für medizinische anwendungen

Info

Publication number: EP1567228A1
Application number: EP03769134A
Authority: EP
Inventors: Heinrich Walt; Bärbel SELM; Thomas Wessel
Original assignee: Universitaet Zuerich; Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA; EMPA
Current assignee: Universitaet Zuerich; Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA; EMPA
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2005-08-31
Also published as: AU2003278051A8; WO2004043542A1; AU2003278051A1

Abstract

Ein lichtemittierendes Textilgebilde, das insbesondere für medizinische Anwendungen geeignet ist, weist einen flächigen Träger (2) und eine Vielzahl daran befestigter Leuchtelemente (4) auf. Jedes Leuchtelement weist eine lichtzuführende optische Faser (6) auf, wobei jeder optischen Faser (6) genau ein Leuchtelement (4) zugeordnet ist, welches mindestens eine, durch eine lokale Krümmung der optischen Faser gebildete Auskopplungsstelle aufweist. Die lokale Krümmung ist so gewählt, dass aufgrund fehlender Totalreflexion ein seitlicher Lichtaustritt aus der optischen Faser erfolgt.

Description

LICHTEMITTIERENDES TEXTILGEBILDE, INSBESONDERE FÜR MEDIZINISCHE ANWENDUNGEN

Technisches Gebiet 5 Die Erfindung betrifft ein lichtemittierendes Textilgebilde gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Verwendung davon.

Stand der Technik

Ein gattungsgemässes Textilgebilde ist in der EP 0 359 450 A2 angegeben. Das

10 dort beschriebene Textilgebilde ist als lichtemittierende Tafel ausgestaltet, auf deren einen Seite eine Vielzahl von gewebten optischen Fasern angeordnet ist, welche mit Biegungen an diskreten Stellen entlang der Länge der Fasern versehen sind. Diese Biegungen bewirken, dass innerhalb der Fasern geführtes Licht an den Biegungsstellen aufgrund fehlender Totalreflexion seitlich aus den opti-

15 sehen Fasern emittiert wird. Als mögliche Anwendungen der lichtemittierenden Tafel sind unter Anderem photo-therapeutische Behandlungen, beispielsweise die Photo-Therapie von Gelbsucht bei Neugeborenen, angegeben.

Das bekannte lichtemittierende Textilgebilde ist in der Art eines Gewebes aus- 20 gestaltet, bei dem die lichtleitenden Fasern als Kettfäden angeordnet sind, wobei die als Leuchtelemente wirkenden Biegungen sich an den Kreuzungsstellen der Kettfäden mit quer dazu verlaufenden Schussfäden befinden. Dementsprechend ist jeder lichtleitenden Faser eine ganze Vielzahl von perlenschnurartig aneinander gereihten Leuchtelementen zugeordnet. Ein gravierender Nachteil bei dieser 25 Art von Anordnung ergibt sich aus dem Umstand, dass die Leuchtintensität der einzelnen Leuchtelemente entlang der Faser abnimmt. Falls beispielsweise an jedem Leuchtelement ein bestimmter Bruchteil des dort in der Faser befindlichen Lichtes seitlich ausgestrahlt, so wird die Leuchtintensität entlang der Faser im Wesentlichen exponentiell abnehmen. Um eine annähernd homogene Leucht- 30 Verteilung über das ganze Gebilde zu erreichen, muss dafür gesorgt werden, dass der aus den einzelnen Leuchtelementen austretende Bruchteil des Lichtes entlang der lichtleitenden Faser allmählich zunimmt. Alternativ kann versucht werden, den Abstand zwischen den Leuchtelementen entlang der lichtleitenden Faser allmählich zu verringern, um so die abnehmende Intensität pro Leuchtelement durch eine höhere Dichte von Leuchtelementen zu kompensieren. Diese ist jedoch aufwendig und ist überdies gerade bei einem gewebe-artigen Textilgebilde, welches in aller Regel periodisch aufgebaut ist, schwer zu realisieren. Aus all diesen Gründen ist es bei dem in der EP 0 359 450 A2 beschriebenen lichtemittierenden Textilgebilde kaum möglich, eine homogene Leuchtverteilung zu erreichen. Dies läuft jedoch den Erfordernissen von sehr vielen Anwendun- gen, insbesondere auch manchen medizinischen Anwendungen, zuwider, die eine möglichst gleichförmige Ausleuchtung eines mit Licht zu bestrahlenden Gebietes voraussetzen.

Die perlschnurartige Anordnung der Leuchtelemente gemäss der EP 0 359 450 A2 ist aber auch nicht für Anwendungen geeignet, bei denen gezielt eine inhomogene Ausleuchtung vorgegebener Art benötigt wird. Wiederum erweist sich die Hintereinanderschaltung der Leuchtelemente als erhebliche Einschränkung, da die Intensitätsverteilung entlang einer Kette von Leuchtelementen im Wesentlichen vorgegeben ist, d. h. es ist lediglich möglich, die Intensität in Querrichtung bezüglich der optischen Fasern willkürlich zu variieren, indem die einzelnen Fasern gezielt mit Licht unterschiedlicher Intensität versorgt werden. In Längsrichtung ist hingegen - bei vorgegebener Anordnung des Gewebes - keine Variation der Intensität möglich.

Ein weiteres lichtemittierendes Gebilde ist in der GB 2 305 848 A beschrieben, welches optische Fasern in textilen Gebilden unterschiedlicher Art beinhaltet, d.h. nebst Geweben sind dort auch gestrickte und geflochtene Gebilde erwähnt. Wesentlich ist dabei, dass der seitliche Lichtaustritt nicht zwangsläufig durch wellenförmig ausgebildete optische Fasern bewerkstelligt wird. Vielmehr werden die Fasern noch vor der Verarbeitung zum Gebilde mit lokalen Verletzungen der Mantelfläche versehen, welche als Lichtaustrittsstellen der Faser wirken. Als Beispiele für solche Verletzungen sind Einkerbungen, Rillen, Dellen und weitere Unregelmässigkeiten der Oberfläche genannt. Das Problem der längs jeder optischen Faser abnehmenden Intensität ist jedoch in der GB 2 305 848 A nicht angesprochen.

In der US 4,234, 907 ist ein lichtemittierendes Gewebe beschrieben, das optische Fasern als Kettfäden und andere Fasern als Schussfäden aufweist. Wiederum wird eine seitliche Lichtemission aus den optischen Fasern durch lokale Verletzungen, insbesondere Kratzer bewirkt. Um den Intensitätsabfall längs der einzelnen Fasern zu kompensieren, sind die Verletzungsstellen mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle immer dichter angeordnet. Wenngleich bei dieser Lösung eine annähernd homogene Leuchtverteilung über das gesamte lichtemittierende Gewebe erreichbar ist, besteht keine Möglichkeit, beim fertig gestellten Gewebe nachträglich eine in Kettrichtung inhomogene Verteilung ge- wünschter Form herbeizuführen. Es ist also beispielsweise nicht möglich, einen heller leuchtenden Streifen beliebiger vorgegebener Richtung zu erzeugen, was jedoch für manche Anwendungen wünschenswert wäre.

Die US 4,727,603 beschreibt ein Bekleidungsstück, das mit lichtleitenden Fasern bestickt ist. Wiederum handelt es sich dabei um optische Fasern, deren Oberfläche mit einer Vielzahl von kleinen Verletzungen versehen ist. Dabei soll das Bekleidungsstück mit leuchtenden Ornamenten ausgestattet werden, welche beispielsweise Blumen- oder Blattmotive darstellen. Diese Motive sind jeweils aus einer Mehrzahl von linien-artigen Leuchtfasern aufgebaut. Die Problematik des Intensitätsabfalls längs der Fasern ist nicht angesprochen; die Bereitstellung eines homogen leuchtenden Textilgebildes ist allerdings gerade nicht das in der US 4,727,603 angestrebte Ziel. Andererseits ist die nichthomogene Leuchtverteilung durch das Stickmuster fest vorgegeben und ist nachträglich nicht oder nur sehr beschränkt veränderbar. Darstellunq der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes lichtemittierendes Textilgebilde anzugeben, mit dem die oben genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll dieses Textilgebilde für allgemeine Beleuchtungszwecke aber auch für human- und tiermedizinische Anwendungen geeignet sein.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 definierte Textilgebilde. Dieses umfasst einen flächigen Träger und eine Vielzahl daran befestigter Leuchtelemente, wobei jedes Leuchtelement eine lichtzuführende optische Faser auf- weist. Dadurch, dass jeder optischen Faser genau ein Leuchtelement zugeordnet ist, welches demnach einzeln adressierbar ist, lässt sich die Leuchtintensität eines jeden Leuchtelementes individuell einstellen, indem Licht geeigneter Intensität in die zugehörige Faser eingekoppelt wird. Damit lässt sich am Textilgebilde ebensosehr eine äusserst homogene wie auch eine gewollt inhomogene Leucht- Verteilung beliebiger Form einstellen. Darüber hinaus kann die Leuchtverteilung ohne Eingriff am Textilgebilde verändert werden, indem die Intensität des in die einzelnen Fasern eingekoppelten Lichts verändert wird. Die einzelnen Leuchtelemente sind aus einer oder vorzugsweise mehreren, durch lokale Krümmung der optischen Faser gebildete Auskopplungsstellen gebildet, wobei die lokale Krümmung so gewählt ist, dass aufgrund fehlender Totalreflexion ein seitlicher Lichtaustritt aus der Faser, also aus deren Mantelfläche, erfolgt. Damit lassen sich die einzelnen Leuchtelemente sehr kompakt ausbilden, was letztlich eine hohe Zahl von Leuchtelementen pro Flächeneinheit erlaubt und dementsprechend eine gute Kontrolle der Leuchtverteilung des Textilgebildes ermöglicht. Dadurch, dass die einzelnen Leuchtelemente voneinander unabhängige Einheiten darstellen, lässt sich mit einem entsprechend ausgestalteten Träger ein lichtemittierendes Textilgebilde mit sehr hoher Biegsamkeit herstellen. Damit ist das erfindungsgemässe lichtemittierende Textilgebilde nicht nur zur Ausleuchtung von flachen Objekten, sondern insbesondere auch zur Ausleuchtung von struktu- rierten Objekten anwendbar. Beispielsweise kann es bei medizinischen Behand- lungen wie ein herkömmliches Textilgebilde auf der Haut und bei anderen inneren und äusseren Organen des Körpers eingesetzt werden.

Das erfindungsgemässe lichtemittierende Textilgebilde kann bei geeigneten Produktionsverhältnissen sehr kostengünstig hergestellt werden und ist deshalb auch für den Einmalgebrauch geeignet.

Wichtigste Anwendungen des erfindungsgemässen Textilgebildes sind die photodynamische Diagnostik und die photodynamische Therapie bösartiger Ge- schwülste aller Art (beispielsweise solide Tumore wie Karzinome und Sarkome) und deren Metastasen sowie den Vorstufen. Darüber hinaus sind Anwendungen bei pathologischen Zeilproliferationen (z. B. Endometriose) vorgesehen. Weitere Anwendungen liegen in der Wundheilung bei verschiedenen chronischen Krankheiten (z.B. Diabetes oder Hautkrankheiten), der Biostimulation sowie der Be- kämpfung viraler und bakterieller Infektionen, was unter anderem auch in der Zahnheilkunde vorteilhaft ist. Darüber hinaus kann das erfindungsgemässe Textilgebilde generell zur Elimination von Mikroorganismen auf Oberflächen aller Art eingesetzt werden.

Eine besondere Verwendung des Textilgebildes ist im Anspruch 15 definiert. Dabei wird mindestens eine Auskopplungsstelle einer optischen Faser als Lichtkollektor eingesetzt, um auf das Textilgebilde einfallendes Licht durch die optische Faser abzuführen. Beispielsweise kann dadurch eine kontinuierliche oder in Zeitabständen erfolgende Bestimmung der Fluoreszenzintensität eines bestrahl- ten Objektes, insbesondere einer bestrahlten Geweberegion, vorgenommen werden. Damit lässt sich eine photodynamische Diagnostik in situ durchführen, die gegenüber den herkömmlichen Verfahren grosse Vorteile bietet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Grundsätzlich können die Leuchtelemente am Träger auf verschiedene Art und Weise angeordnet sein, wobei sowohl reguläre als auch irreguläre Anordnungen möglich sind. Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 2 bilden die Leuchtelemente eine pixel-artige Anordnung in der Art eines regulären Gitters. Damit lässt sich einerseits eine homogene Leuchtverteilung dadurch erreichen, dass jedem Leuchtelement im Wesentlichen dieselbe Lichtintensität zugeführt wird. Andererseits ist die pixel-artige Anordnung auch für die Erzeugung vorgegebener inhomogener Leuchtverteilungen gut geeignet. Dabei erweist sich als vorteilhaft, dass die Leuchtelemente am Träger homogen verteilt sind und somit ein jedes Leuchtelement durch eine Zeilen- und Spaltennummer eindeutig charakterisierbar ist. Somit lässt sich eine gewünschte Leuchtverteilung erreichen, indem diese als Funktion von zwei Koordinaten ausgedrückt wird, die im Wesentlichen der besagten Zeilen- bzw. Spaltennummer entsprechen und daraufhin die den einzelnen Leuchtelementen zugeordneten optischen Fasern mit den Funktionswer- ten entsprechenden Lichtintensitäten beaufschlagt werden.

Prinzipiell gibt es verschiedene Möglichkeiten, um die Leuchtelemente am Träger zu befestigen. Vorteilhafterweise sind die Leuchtelemente gemäss Anspruch 3 an den Träger gestickt. Damit lässt sich gleichzeitig eine verrückungsfreie An- Ordnung eines jeden Leuchtelementes an der vorgesehenen Stelle des Trägers aber auch eine nur sehr lose Anordnung der zuführenden optischen Fasern realisieren. Das Ergebnis ist ein lichtemittierendes Textilgebilde grosser Flexibilität.

Die einzelnen optischen Fasern können im Wesentlichen geradlinig ausgelegt werden, wobei einzig im Bereich des zugeordneten Leuchtelementes eine oder mehrere Schlaufen vorzusehen sind. Gemäss Anspruch 4 sind jedoch die einzelnen optischen Fasern U-förmig mit scheitelnah liegendem Leuchtelement angeordnet. Dies ergibt den Vorteil, dass jedem Leuchtelement zwei Schenkel der zugehörigen Faser zugeordnet sind, die beide zur Lichtversorgung des Leucht- elementes verwendbar sind. Insbesondere können die beiden zusammengehö- renden Schenkel endständig zu einer einzelnen Lichteintrittstelle zusammenge- fasst werden.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 5 ist die Auskopplungsstelle durch eine Schlaufe der optischen Faser gebildet. Die Krümmung der Schlaufe ist dabei so zu wählen, dass zumindest an gewissen Stellen der Schlaufe ein seitlicher Lichtaustritt aufgrund fehlender Totalreflexion möglich ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Auskopplungsstelle ist im Anspruch 6 definiert, wonach die Auskopplungsstelle durch eine lokale Verletzung oder Verformung der optischen Faser gebildet ist. Die besagte Verletzungs- oder Verformungsstelle wirkt als Streuzentrum für das in der Faser geführte Licht, welches einen seitlichen Lichtaustritt ermöglicht. Insbesondere können bei der gestickten Ausführungsform nach Anspruch 2 die lokalen Verletzungs- oder Verformungsstellen durch die Einwirkung von Fixierstichen hervorgerufen werden. Dies bedeutet, dass die Auskopplungsstellen erst im Zuge des Stickvorganges gebildet werden und demnach eine aufwendige Vorbehandlung der optischen Fasern entfallen kann.

Es ist möglich, die einzelnen optischen Fasern nach Anspruch 5 und 6 auszubilden, d.h. sowohl mit schlaufenförmigen als auch mit durch lokale Verletzungen oder Verformungen gebildeten Auskopplungsstellen zu versehen.

Zweckmässigerweise richtet sich das Material des Trägers nach der vorgesehe- nen Anwendung. Beispielsweise kann der Träger gemäss Anspruch 8 aus einem Textilmaterial oder aber aus einer Folie gebildet sein. Gemäss der im Anspruch 9 definierten Ausgestaltung kann der Träger vor Ingebrauchnahme des Textilgebildes entfernt werden. Insbesondere kann dadurch das Textilgebilde zunächst mitsamt Träger an eine gewünschte Stelle, beispielsweise auf der Haut oder im Körper eines Patienten angebracht werden und danach der Träger noch vor Be- ginn einer Lichtbestrahlung entfernt werden. Die Entfernbarkeit kann gewünsch- tenfalls durch Verwendung eines löslichen Trägermaterials realisiert werden.

Das Textilgebilde nach Anspruch 10 weist eine lichtreflektierende Rückseite auf, womit eine erhöhte Lichtabstrahlung in die gegenüberliegende Frontrichtung erzielt wird. Eine besonders homogene Leuchtverteilung ergibt sich beim Textilgebilde nach Anspruch 11 , welches mit einer frontseitig angeordneten optisch wirksamen Schicht versehen ist. Unter einer optisch wirksamen Schicht ist im vorliegenden Zusammenhang jegliche Art von Materialschicht zu verstehen, welche eine gewünschte Beeinflussung der Abstrahlungscharakteristik des Textilgebildes ergibt. Insbesondere kann die besagte Schicht als Diffusor wirken. Vorteilhafterweise ist das Textilgebilde sowohl mit einer lichtreflektierenden Rückseite als auch mit einer frontseitig angeordneten optisch wirksamen Schicht versehen.

Die im Anspruch 12 definierte Ausgestaltung ist für medizinische Anwendungen, insbesondere für die photodynamische Therapie ausgelegt. Das Textilgebilde ist mit einer photosensiblen Substanz (Photosensibilisator) oder einer Vorstufe davon belegt und in der Art eines Pflasters ausgestaltet. Demnach kann mit einem einmaligen Zugang zu einer behandlungsbedürftigen Körperpartie zunächst der Photosensibilisator bzw. dessen Vorstufe angebracht und danach - allenfalls nach Abwarten bis zur Umwandlung der Vorstufe - die photodynamische Behandlung vorgenommen werden.

Beim Textilgebilde nach Anspruch 13 sind die optischen Fasern endständig zu mindestens einem Faserbündel zusammengefasst. Damit lässt sich das Textilgebilde in an sich bekannter Weise an bestehende Lichtquellen anschliessen. Eine weitere Ausgestaltung ist im Anspruch 14 definiert, wonach das Textilgebilde mit Lichteinkoppelungsmitteln versehen ist, mittels welcher die Lichtversorgung der einzelnen optischen Fasern einstellbar ist. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines lichtemittierenden Textilgebildes, in schematischer Darstellung;

Fig. 2 drei Leuchtelemente des Textilgebildes der Fig. 1 , in schematischer Darstellung, sowie einen Ausschnitt eines der Leuchtelemente, in ver- grösserter Darstellung;

Fig. 3 eine durch zwei Fixierstiche gehaltene optische Faser, mit einer vorgelegten Schlaufe, in schematischer Darstellung;

Fig. 4 die Faser der Fig. 2, mit zusammengezogener Schlaufe;

Fig. 5 ein lichtemittierendes Textilgebilde mit pixel-artiger Anordnung der Leuchtelemente, in schematischer Darstellung;

Fig. 6 ein lichtemittierendes Gebilde mit drei unterschiedlichen Ausrichtungsarten von länglichen Leuchtelementen, in schematischer Darstellung;

Fig. 7 das lichtemittierende Textilgebilde der Fig. 6, im Betriebszustand, in fotografischer Abbildung;

Fig. 8 ein für medizinische Anwendungen geeignetes lichtemittierendes Textilgebilde, in schematischer Darstellung;

Fig. 9 zwei an einem flächigen Träger befestigte Leuchtelemente sowie ein Streichholz zum Grössenvergleich, in fotografischer Abbildung; Fig. 10 mehrere an einem flächigen Träger befestigte Leuchtelemente sowie ein Streichholz zum Grössenvergleich, in fotografischer Abbildung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Allgemeine Bemerkungen

Im medizinischen Bereich werden Textilien vorwiegend als Pflaster oder Wundverband, aber auch als Implantat verwendet, wogegen sie bis vor kurzem keine lichtleitenden Funktionen erfüllten.

Neuerdings sind photosensible Substanzen (Photosensibilisatoren) auf dem Markt erhältlich, die sich spezifisch in krankhaften Zellen anreichern. Aufgrund ihrer photophysikalischen und photochemischen Eigenschaften können in solchen Zellen angereicherte Photosensibilisatoren unter Bestrahlung mit nicht- ionisierender elektromagnetischer Strahlung einerseits zur Identifikation bzw. Lokalisation der krankhaften Zellen anhand der emittierten Fluoreszenz (Photodynamische Diagnostik) und andererseits zur Zerstörung dieser Zellen infolge von photochemischen Reaktionen verwendet werden (Photodynamische Therapie). Im Zusammenhang mit diesen Photosensibilisatoren benötigt man Lichtver- teuer für die flächenartige, homogene Beleuchtung, welche die gezielte Behandlung von Hautpartien, insbesondere von Hautfalten und in strukturierten Hohlräumen von Organen, ermöglichen. Bisher stehen für die Anwendung im Körper kosten intensive Instrumentarien wie Ballonkatheter zur Verfügung, deren Einsatz durch die Unzugänglichkeit bestimmter Hautpartien und durch die unzureichend kontrollierbare Dosimetrie behindert ist. Aktuell werden grösstenteils Beleuchtungseinrichtungen verwendet, welche meist aus einer faseroptischen Lichtzufuhr bestehen, bei der mittels Aufweitungsoptik eine Fläche homogen ausgeleuchtet werden kann. Während diese Form der Anwendung an glatten, meist äusseren Hautpartien gute Ergebnisse zeigt, ist sie in Hinblick auf strukturierte Oberflächen meist unbefriedigend. Ausführungsbeispiele

Der in der Fig. 1 dargestellte Ausschnitt eines lichtemittierenden Textilgebildes umfasst einen flächigen Träger 2 sowie ein daran befestigtes Leuchtelement 4 mit einer lichtzuführenden optischen Faser 6. Das Leuchtelement 4 umfasst eine Anzahl von Schlaufen 8, 8a, 8b, etc., deren Krümmung so gewählt ist, dass aufgrund fehlender Totalreflexion ein seitlicher Lichtaustritt aus der optischen Faser 6 erfolgen kann. Demnach wirken die besagten Schlaufen als Auskopplungsstellen. Es sei darauf hingewiesen, dass das in Fig. 1 gezeigte Leuchtelement aus einer einzigen optischen Faser gebildet ist, wobei aus zeichnerischen Gründen jeweils nur die aus der Zeichnungsebene herausragenden Teile der Faser 6 dargestellt sind. Die Leuchtelemente können je nach Anwendungszweck des Textilgebildes auf einer einzigen oder auf beiden Seiten des Trägers 2 angebracht sein.

In seiner Gesamtheit weist das lichtemittierende Textilgebilde eine Vielzahl von Leuchtelementen mit zugeordneten optischen Fasern auf, wobei jeder optischen Faser genau ein Leuchtelement zugeordnet ist. Dies ist schematisch in der Fig. 2 erkennbar, in welcher drei Leuchtelemente 4, 4a, 4b mit einzeln zugeordneten optischen Fasern 6, 6a, 6b dargestellt sind. Der vergrössert dargestellte Aus- schnitt der Fig. 2 zeigt einen Teil des Leuchtelementes 4 mit einer Anzahl von Schlaufen 8, 8a, 8b, etc. In diesem Beispiel sind die Leuchtelemente mittels Fixierstichen 10 an den nicht näher dargestellten Träger fixiert.

Die für die Funktionsweise der Leuchtelemente erforderliche Bildung von lokalen Krümmungsbereichen der optischen Faser ist schematisch in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Dabei wird zunächst eine optische Faser 6 auf einem nicht näher dargestellten Träger unter Bildung einer Schlaufe 8 ausgelegt. Danach wird die Faser mittels zwei Fixierstichen 10, 10a an den Träger gestickt derart, dass sich der Schlaufenbereich 8 zwischen den beiden Fixierstichen befindet. Schliesslich wird die Faser in Längsrichtung L gezogen, wodurch die Schlaufe 8 zunehmend zusammengezogen wird. Beim Zusammenziehen wird einerseits der Krüm- mungsradius der Schlaufe stark verkleinert und andererseits die Faser im Schlaufenbereich verdrillt. Unterschreitet der Krümmungsradius an einer Stelle 12 der Schlaufe einen kritischen Wert, so ist an dieser Stelle die Bedingung für Totalreflexion des in der optischen Faser geführten Lichtes nicht mehr erfüllt. Demzufolge findet ein seitlicher Lichtaustritt aus der Faser heraus statt. Die Bedingung für Totalreflexion hängen von verschiedenen Faktoren wie Lichtwellenlänge, Brechungsindex usw. ab, deren Zusammenhänge an sich bekannt sind.

Stark gekrümmte lokale Bereiche, die als Lichtauskopplungsstellen wirken, wer- den aber auch beim Anbringen der Fixierstiche oder nachträglich durch deren Wirkung erzeugt. So kann einerseits beim Anbringen des Fixierstiches eine Verletzung der Mantelfläche der optischen Faser gebildet werden. Andererseits kann sich, wie in der Fig. 4 angedeutet, unter Zugbelastung der optischen Faser 6 eine lokale Knickstelle 13 im Bereich eines Fixierstiches 10a bilden. Anders als im Beispiel der Fig. 4 gezeigt, können als Auskopplungsstellen wirkende Verletzungen oder Verformungen unter Einwirkung von Fixierstichen auch ohne Schlaufenbildung erzeugt werden.

Vorteilhafterweise sind die einzelnen optischen Fasern wie im vergrösserten Ausschnitt der Fig. 2 dargestellt U-förmig angeordnet, wobei sich das zugehörige Leuchtelement im Scheitelbereich befindet. Dies ergibt den Vorteil, dass jedem Leuchtelement zwei Schenkel der zugehörigen Faser zugeordnet sind, die beide zur Lichtversorgung des Leuchtelementes verwendbar sind. Es ist aber auch möglich, das Leuchtelement wie in der Fig. 1 dargestellt am Ende der zugehöri- gen optischen Faser anzuordnen.

Die Fig. 5 zeigt eine pixel-artige Anordnung der Leuchtelemente am Beispiel eines Ausschnittes mit sechs Leuchtelementen 4(j,k), mit Zeilenindex j = 1 ,2,3 und Spaltenindex k = 1 ,2. Weitere Anordnungsmöglichkeiten sind der Fig. 6 ent- nehmbar, welche ein Textilgebilde mit länglich ausgebildeten Leuchtelementen 4, die in drei verschiedenen Ausrichtungsarten A, B, C zeigt. Es sei hier darauf hingewiesen, dass die optischen Fasern und die Leuchtelemente in eineindeutiger Beziehung zueinander stehen, d.h. jeder optischen Faser ist genau ein Leuchtelement zugeordnet und umgekehrt. Dass dies bei der Ausrichtungsart C in Fig. 6 nicht erkennbar ist, hat lediglich zeichnerische Gründe.

Die Fig. 7 zeigt eine fotografische Aufnahme eines lichtemittierenden Textilgebildes gemäss der Fig. 6 im Betriebszustand, d.h. bei Einkoppelung von rotem Licht in die optischen Fasern, jedoch ohne frontseitig angeordnete lichtstreuende Schicht. Das Textilgebilde weist eine Breite von ungefähr 80 mm und eine Länge von ungefähr 100 mm auf und ist mit ungefähr 300 Leuchtelementen versehen.

In aller Regel bestehen diese Lichtwellenleiter aus einem Licht führenden Kern, der mit einer Ummantelung versehen ist. Als optische Fasern können grundsätzlich Lichtwellenleiter aus Glas oder Kunststoff verwendet werden. Für den medi- zinischen Einsatz besonders geeignet sind die aus der Datenübertragungstechnik bekannten optischen Fasern aus Polymethylmetacrylat (PMMA). Weitere geeignete Fasermaterialien sind Polycarbonat (PC) und Polystyrol (PS) oder andere amorphe Kunststoffe wie beispielsweise Polyamide (PA). Für die optischen - Fasern können Monofile oder Multifile verwendet werden, welche behandelt oder unbehandelt sowie beschichtet oder unbeschichtet in verschiedenen Titern einsetzbar sind. Zweckmässigerweise können auch umzwirnte und umwundene Fäden verwendet werden. In den dargestellten Beispielen wurde eine umzwirnte optische Monofilament-Faser aus PMMA mit einem Durchmesser von 125 Mikrometern und einem Titer von 370 dtex (entsprechend 370 Gramm pro 10O00 m Fadenlänge) verwendet. Für das Ansticken der optischen Fasern an den flächigen Träger wurde ein Stick-Fixierfaden aus texturiertem Polyester mit 113 dtex verwendet. Als Trägermaterial wurde unter anderem ein Polyestergewebe mit einem Quadratmetergewicht von 80 Gramm /m² verwendet.

Das flächenförmige Trägergebilde kann aus verschiedenen Strukturen wie Textilien oder Folien gebildet sein und ist vorzugsweise flexibel und drappierbar aus- gestaltet. Die optischen Fasern sind an den Träger stickereitechnisch angebracht, was bezüglich der Anordnungsweise der Leuchtelemente eine grosse Gestaltungsfreiheit ergibt. Üblicherweise stickt man im Zweifadensystem bei welchem der Vorderfaden ein Licht leitender Faden und der Hinterfaden ein Stützfaden ist. Es ist auch die Umkehr dieses Prinzips oder andere Kombinationen mit zwei oder mehr Fäden möglich. Beide Fadensysteme sind auf der Trägerstruktur verbunden und bilden zusammen das Stickmuster.

Für die stickereitechnische Herstellung eines Licht leitenden Textils ist eine Trä- gerstruktur zumindest anfänglich erforderlich. Zur Gewichtsersparnis und besseren Drappierbarkeit des lichtemittierenden Textilgebildes kann jedoch nach dem Stickprozess die Trägerstruktur wieder entfernt werden, beispielsweise indem diese in einem geeigneten Lösemittel wie beispielsweise Wasser aufgelöst wird. Damit allerdings das Gebilde nicht auseinander fällt, müssen die einzelnen opti- sehen Fasern vor Entfernen des Trägers mit geeigneten Verbindungsstrukturen ausgestattet werden. Vorteilhafterweise werden diese Verbindungsstrukturen im Zuge des Stickprozesses gebildet.

Die Fig. 8 zeigt ein für human- und tiermedizinische Anwendungen verwendba- res lichtemittierendes Textilgebilde. Dieses weist einen flexiblen flächigen Träger 2 aus einem Textilmaterial sowie eine Vielzahl daran befestigter Leuchtelemente 4 auf, von denen jedoch nur eine kleine Anzahl in der Figur dargestellt ist. Jedes Leuchtelement befindet sich im Scheitelbereich einer U-förmig ausgebildeten optischen Faser 6, so dass jede Faser 6 ein Schenkelpaar 14a, 14b besitzt. Die Vielzahl von Schenkelpaaren 14a, 14b ist endständig zu einem ersten Faserbündel 16 zusammengefasst, welches von einer Ringhülse 18 umgeben ist. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um eine metallische Hülse mit einer Nennweite von 5 mm. Die dadurch gebildete Lichteintrittstelle 20 ist dazu vorgesehen, an eine herkömmliche inkohärente Lichtquelle, d.h. eine Lampe oder eine Leuchtdi- ode (LED), oder aber an eine kohärente Laserlichtquelle angeschlossen zu werden. Gewünschtenfalls kann das zusammengefasste Faserbündel über eine ge- wünschte Distanz als optisches Kabel ausgebildet sein. Die Intensitäts- und Spektralverteilung des in Eintrittsrichtung E eingespeisten Lichtes und allenfalls auch dessen Polarisation richten sich nach der jeweiligen Anwendung und können in an sich bekannter Weise eingestellt werden.

Das in der Fig. 8 gezeigte Textilgebilde umfasst weiter eine rückseitig am Träger 2 angebrachte lichtreflektierende Schicht 22, mittels der eine erhöhte Lichtab- strahlung in die gegenüberliegende Frontrichtung des Textilgebildes erreichbar ist. In diesem Sinne ist es auch möglich, den Träger selbst aus einem lichtreflek- tierenden Material, beispielsweise aus einer lichtreflektierenden Folie zu fertigen. Des Weiteren ist das lichtemittierende Textilgebilde mit einer frontseitig angeordneten lichtstreuenden Schicht 24 versehen, mittels welcher eine besonders homogene Leuchtverteilung erzielbar ist. Die zeichnerische Darstellung der Fig. 8 zeigt die lichtstreuende Wirkung der Schicht 24 durch eine verschwommene Erscheinung der dahinter liegenden Bauelemente.

Wie der Fig. 8 weiter entnehmbar ist, ist das Textilgebilde mit einer Anzahl von Lichtkollektoren 26 ausgestattet, mittels welcher auf das Textilgebilde einfallendes Licht detektierbar ist. Im gezeigten Beispiel sind die Lichtkollektoren 26 iden- tisch ausgebildet wie die Leuchtelemente 4, wobei die zugehörigen Schenkel 28a und 28b der optischen Fasern 30 zu einem zweiten Faserbündel 32 zusammengefasst sind. Dieses ist zu einer Lichtaustrittsstelle 34 geführt, von welcher aus das gesammelte Licht in Detektionsrichtung D zu einer optischen Nachweisvorrichtung geleitet ist. Das Funktionsprinzip der beschriebenen An- Ordnung beruht auf einer Umkehr des Prinzips der Leuchtelemente 4, d.h. die fehlende Totalreflexion an den Auskopplungsstellen der optischen Fasern lässt nicht nur einen Austritt von Licht aus der Faser, sondern auch einen Eintritt von Licht in die Faser zu. Alternativ zu dieser Ausgestaltung kann das Textilgebilde mit geeigneten photoelektrischen Lichtdetektoren versehen sein. Durch die Erfassung des auf das Textilgebilde einfallenden Lichtes kann die Charakteristik des von einer bestrahlten Geweberegion ausgesandten Lichtes ermittelt werden. Diese Charakteristik ist sowohl durch das vom Gewebe direkt reflektierte Licht als auch durch Fluoreszenzstrahlung des Gewebes bestimmt, wobei es möglich sein kann, allenfalls unter Zuhilfenahme optischer Filter oder anderer geeigneter optischer Elemente die entsprechenden Anteile aufgrund ihrer unterschiedlichen Spektralverteilung aufzutrennen. Alternativ oder ergänzend dazu kann die mit Licht einer ersten, für die photodynamische Therapie optimalen Wellenlänge durchgeführte Bestrahlung kurzzeitig unterbrochen wer- den, um die Fluoreszenzintensität unter Einstrahlung von Licht einer zweiten, für die photodynamische Diagnostik optimalen Wellenlänge zu erfassen. Demnach kann durch eine kontinuierliche oder in Zeitabständen erfolgende Bestimmung der Fluoreszenzintensität einer bestrahlten Geweberegion das zunehmende Ausbleichen eines zuvor angebrachten bzw. verabreichten Photosensibilisators verfolgt werden. Darüber hinaus kann aber auch eine photodynamische Diagnostik in situ durchgeführt werden.

Für die photodynamische Therapie mit 5-Aminolävulinsäure wird vorzugsweise eine Wellenlänge im Bereich von 635 nm verwendet, während für die photody- namische Diagnostik mit Protoporphyrin IX eine Wellenlänge um 400 nm erforderlich ist.

Während für die meisten medizinischen Anwendungen eine möglichst homogene Leuchtverteilung erwünscht ist, gibt es auch Anwendungsbereiche, für welche eine gewollt inhomogene Leuchtverteilung angestrebt wird. Dies lässt sich dank der individuellen Adressierbarkeit der einzelnen Leuchtelemente realisieren. Zu diesem Zweck wäre beim Beispiel der Fig. 8 dafür zu sorgen, dass ein jedes Schenkelpaar 14a, 14b mit einer vorgegebenen Lichtintensität versorgt wird, wofür geeignete Lichteinkoppelungsmittel vorzusehen sind. Wie aus der Fig. 9 anhand eines Grössenvergleichs mit einem Streichholz erkennbar ist, können die einzelnen Leuchtelemente beispielsweise mit einer Breite von ungefähr 1 mm und einer Länge von ungefähr 6 mm hergestellt werden.

Während die in der Fig. 9 dargestellten Leuchtelemente deutlich ausgeprägte Schlaufen umfassen, weisen in der Fig. 10 gezeigten Leuchtelemente un- geschlaufte U-förmige Endabschnitte auf, die jeweils durch eine Anzahl von Fixierstichen am flächigen Träger befestigt sind. Es hat sich gezeigt, dass bei diesen Leuchtelementen die Lichtemission vornehmlich in der Nähe der Fixiersti- chen erfolgt.

Claims

Patentansprüche

1. Lichtemittierendes Textilgebilde, insbesondere für medizinische Anwendungen, mit einem flächigen Träger (2) und einer Vielzahl daran befestigter Leuchtelemente (4, 4a, 4b), wobei jedes Leuchtelement eine lichtzuführende optische Faser (6, 6a, 6b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder optischen Faser (6, 6a, 6b) genau ein Leuchtelement (4, 4a, 4b) zugeordnet ist, welches mindestens eine, durch eine lokale Krümmung (12, 13) der optischen Faser gebildete Auskopplungsstelle (8, 8a, 8b) aufweist, wobei die lo- kale Krümmung so gewählt ist, dass aufgrund fehlender Totalreflexion ein seitlicher Lichtaustritt aus der optischen Faser erfolgt.

2. Textilgebilde nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtelemente eine pixel-artige Anordnung (4(1 ,1), 4(1 ,2), 4(2,1), 4(2,2), 4(3,1), 4(3,2)) bilden.

3. Textilgebilde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtelemente (4, 4a, 4b) an den Träger (2) gestickt sind.

4. Textilgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen optischen Fasern (6) U-förmig mit scheitelnah liegendem Leuchtelement (4) angeordnet sind.

5. Textilgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskopplungsstelle durch eine Schlaufe (8, 12) der optischen Faser gebildet ist.

6. Textilgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskopplungsstelle durch eine lokale Verletzung oder Verformung (13) der optischen Faser gebildet ist.

7. Textilgebilde nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Verletzung oder Verformung (13) durch einen Fixierstich (10a) hervorgerufen ist.

8. Textilgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) aus einem Textilmaterial oder einer Folie gebildet ist.

9. Textilgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) vor Ingebrauchnahme entfernbar ist.

10. Textilgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es eine lichtreflektierende Rückseite (22) aufweist.

11. Textilgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer frontseitig angeordneten optisch wirksamen Schicht (24) versehen ist.

12. Textilgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer photosensiblen Substanz oder einer Vorstufe davon belegt ist.

13. Textilgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Fasern endständig zu mindestens einem Faserbündel (16, 32) zusammengefasst sind.

14. Textilgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es Lichteinkoppelungsmittel aufweist, mittels welcher die Lichtversorgung der einzelnen optischen Fasern einstellbar ist.

15. Verwendung des Textilgebildes nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei mindestens eine Auskopplungsstelle einer optischen Faser als Lichtkollektor (26) eingesetzt wird, um auf das Textilgebilde einfallendes Licht durch die optische Faser (30) abzuführen.