ES2237102T3 - Iluminador para terapia fotodinamica. - Google Patents
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Abstract
Iluminador para tratar o diagnosticar fotodinámicamente una superficie delimitada, que comprende un alojamiento (30) para soportar una pluralidad de fuentes (10) de luz que irradian la superficie con una intensidad de luz sustancialmente uniforme, caracterizado porque las fuentes (10) de luz están formando una red de fuentes de luz (10(1) a 10(7)), teniendo cada una de ellas una sección transversal que incluye una zona (10A) generalmente arqueada y brazos (10B) que se extienden desde los extremos respectivos de dicha zona (10A) arqueada, estando las fuentes de luz, en general, adaptadas a la superficie delimitada y estando irradiando la superficie con luz visible y estando el alojamiento (30) de manera que soporta la red de fuentes de luz con respecto a la superficie delimitada.
Description
Iluminador para terapia fotodinámica.
La presente invención está dirigida a un aparato
para terapia fotodinámica utilizando un iluminador que proporciona
una distribución uniforme de luz visible. En particular, la presente
invención está dirigida a un aparato para tratamiento fotodinámico
(PDT) o diagnosis (PD) de queratosis actínica de áreas del cuero
cabelludo o faciales de un paciente. La presente invención está
también dirigida a un aparato para PDT y PD de otras indicaciones
(por ejemplo, acné) y otras áreas del paciente (por ejemplo, brazos,
piernas, etc.)
Según se utiliza aquí, la expresión "luz
visible" se refiere a energía radiante en la banda visible del
espectro de radiación electromagnética y el término "luz" se
refiere a energía radiante que incluye las gamas ultravioleta (UV),
infrarroja (IR) y visible del espectro de radiación
electromagnética.
La terapia fotodinámica o fotoquimioterapia está
siendo propuesta en la actualidad para tratar varios tipos de
enfermedades en, o cerca de, la piel u otros tejidos, tales como los
de alguna cavidad corporal. Por ejemplo, se está proponiendo PDT
para tratar diferentes tipos de cáncer de piel y condiciones
pre-cancerígenas. En PDT, se administra un agente
fotoactivable o un precursor de agente fotoactivable, que se acumula
en el tejido que se está diagnosticando o tratando, a un paciente.
Una zona del paciente que incluye el tejido que se está
diagnosticando o tratando, se expone a continuación a la visible. La
luz visible provoca cambios químicos y/o biológicos en el agente
fotoactivable, el cual, a su vez, localiza, destruye o altera el
tejido objetivo mientras que, al mismo tiempo, causa solamente un
daño débil y reversible a otros tejidos de la zona de
tratamiento.
Información anterior general sobre PDT que
utiliza ácido 5-aminolevulínico ("ALA") como
precursor de un agente fotoactivable, se puede encontrar en el
documento de patente U.S. nº 5.079.262, titulada "Método de
Detección y Tratamiento de Lesiones Malignas y
No-Malignas Utilizando Ácido
5-Aminolevulínico", concedida a James C. Kennedy
y col. el 7 de enero de 1992 y la patente U.S. nº 5.211.938,
titulada "Método de Detección de Lesiones Malignas y
No-Malignas mediante Fotoquimioterapia de
Precursores de Fotoporfirina IX", concedida a James C. Kennedy y
col. el 18 de mayo de 1993. La publicación de James C. Kennedy y
col. en Journal of Clinical Laser Medicine and Surgery el 5 de
noviembre de 1996, titulada "Terapia Fotodinámica (PDT) y
Fotodiagnosis (PD) Utilizando Fotosensibilización Endógena Inducida
por Ácido 5-Aminolevulínico (ALA): Mecanismos y
Resultados Clínicos". El Informe Anual "Primera Fase III" de
1996, de DUSA Pharmaceuticals Inc. (Tarrytown, NY), contiene
imágenes y ejemplos de uso de la invención.
Según se utilizan aquí, las expresiones ALA o
ácido 5-aminolevulínico se refieren al propio ALA, a
los precursores del mismo y a las sales farmacéuticamente aceptables
del mismo.
De manera más convencional, las fuentes de luz
no-láser, comprenden justamente tres bloques
funcionales básicos: una fuente de emisión para generar fotones (por
ejemplo, una bombilla eléctrica); elementos de acoplamiento para
dirigir, filtrar o conducir de algún otro modo la luz emitida, de
manera que la misma llegue al objetivo previsto de forma utilizable;
y un sistema de control para iniciar y detener la producción de luz
cuando sea necesario. La instalación de iluminación fluorescente de
oficina común constituye un buen ejemplo de un sistema de este tipo.
En estas instalaciones, la luz visible blanca se produce mediante
una descarga controlada de arco de mercurio que excita los
materiales de fósforo inorgánico del interior de un tubo de vidrio.
La transferencia de energía desde el arco provoca la emisión de luz
visible blanca desde el tubo. La luz visible emitida se dirige hacia
el espacio de trabajo por medio de reflectores dispuestos en el
alojamiento de la lámpara; la distribución de luz visible hasta el
objetivo se incrementa además con frecuencia mediante la utilización
de un sistema de difusión. En la instalación típica de oficina, la
producción de luz visible está controlada por un simple interruptor
de resorte que interrumpe el flujo de potencia hacia la lámpara.
El documento
US-A-4.100.415 describe un
iluminador de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Por motivos terapéuticos, resulta deseable
disponer de una salida de potencia que sea de intensidad y color
uniformes. En particular, resulta altamente deseable tener un
iluminador con una salida espectral que se superponga en gran medida
con el espectro de activación óptica del fotosensibilizador
objetivo. De acuerdo con una realización preferida de la presente
invención, la luz azul que tenga longitudes de onda que excedan de
400 nm (nanómetros), resulta particularmente ventajosa para
determinados propósitos de diagnóstico y tratamiento, especialmente
cuando ALA es el agente fotosensible utilizado para PD y PDT de la
queratosis actínica. Sin embargo, se puede utilizar también luz
visible de otras gamas del espectro, especialmente de las gamas
verde y roja comprendidas entre 400 y 700 nm.
Los iluminadores convencionales no producen luz
visible que sea de intensidad suficientemente uniforme sobre una
superficie delimitada.
Es un objeto de la invención, por lo tanto,
proporcionar un iluminador perfeccionado para PDT y/o PD.
Otro objeto de la invención es proporcionar un
iluminador para PDT que produzca luz visible de uniformidad
consistente en términos tanto de características espectrales como de
intensidad sobre una superficie delimitada de diversa forma. Según
se utiliza aquí, la expresión superficie delimitada se refiere a una
superficie no planar.
Todavía otro objeto de la invención es
proporcionar un iluminador para PDT o PD que produzca luz visible de
forma casi completa en una gama seleccionada de longitud de
onda.
Un objeto adicional de la presente invención es
proporcionar un iluminador para irradiar la cara o el cuero
cabelludo de un paciente.
Todavía otro objeto adicional de la presente
invención es proporcionar un sistema de refrigeración para mejorar
la uniformidad de irradiación de un iluminador.
Un objeto adicional de la presente invención es
proporcionar un iluminador que comprende un emisor finito que se
aproxima a la salida uniforme de un emisor plano infinito al variar
la separación de fuentes de luz individual en el interior del
iluminador.
Todavía un objeto adicional de la presente
invención es proporcionar un sistema de monitorización para un
iluminador que comprende un único sensor de luz visible que
monitoriza la salida de luz visible de una pluralidad de fuentes de
luz y que dispone a la salida una señal para ajustar la salida de
luz visible a partir de la pluralidad de fuentes de luz.
Para el cumplimiento de los objetos anteriores,
se ha previsto, de acuerdo con la presente invención, un iluminador
para PDT o PD de una superficie delimitada. El iluminador comprende
las características de la reivindicación 1.
Para el cumplimiento de los objetivos anteriores,
se ha previsto también un método de PDT o de PD de una superficie
delimitada. El método comprende aplicar tópicamente ácido
5-aminolevulínico a la superficie delimitada e
irradiar la superficie delimitada con luz visible de intensidad
sustancialmente uniforme procedente de una pluralidad de fuentes de
luz que en general están adaptadas a la superficie
delimitada.
delimitada.
La presente invención se basa en fundamentos
similares a los del sistema de iluminación fluorescente de oficina
que se ha descrito en lo que antecede. De acuerdo con una
realización de la presente invención: se produce luz visible
mediante tubos fluorescentes adecuados para la superficie delimitada
y su electrónica de control asociada; la salida de luz visible de
estos tubos se dirige hacia la zona de diagnosis o de tratamiento
mediante la forma conformada de la superficie delimitada de los
tubos y con otros elementos tal como un reflector; y la activación
de los tubos fluorescentes y la exposición de luz visible sobre la
superficie delimitada se controla mediante la circuitería
electrónica.
La presente invención difiere de las fuentes de
luz convencionales en virtud de los requisitos biológicos impuestos
sobre la fuente de luz PDT. Se requiere un grado de precisión e
integración mucho más alto para los componentes de la presente
invención. El espectro de salida, la irradiación y la uniformidad de
irradiación deben ser controlados en conjunto con el fin de asegurar
que las propiedades del dispositivo son adecuadas para suministrar
luz a las lesiones objetivo y activar la reacción fotodinámica. Para
conseguir esto, cada bloque funcional de la presente invención
comprende componentes diseñados y seleccionados cuidadosamente. Los
principios de funcionamiento de cada uno se describen con detalle en
lo que sigue.
La ley del cuadrado inverso de la óptica
establece que la intensidad de luz procedente de una fuente puntual
recibida por un objeto, es inversamente proporcional al cuadrado de
la distancia desde la fuente. Debido a este comportamiento, la
distancia desde la fuente es una variable importante en todos los
sistemas ópticos. De este modo, con el fin de conseguir irradiación
facial o en el cuero cabelludo uniforme, se deben minimizar las
variaciones de la irradiación de salida con la distancia. Una
superficie de emisión plana no suministraría una dosis de luz
uniforme a todos los contornos de la cara simultáneamente debido a
que las superficies no planares faciales y del cuero cabelludo no
están situadas a distancia constante de la superficie de emisión.
Para mejorar este problema, la presente invención utiliza
superficies de emisión en forma de U que siguen más de cerca los
contornos de la cara y del cuero cabelludo humanos y minimiza las
variaciones de distancia entre la lámpara y el objetivo, lo que a su
vez minimiza las variaciones de irradiación en el objetivo.
Puesto que la salida de las fuentes de luz
tubulares puede variar con la temperatura, la distribución de
temperatura juega también un papel clave en la uniformidad de la
irradiación. Además, puesto que la salida del tubo puede variar con
su longitud, la modulación de la distribución de temperatura se
puede utilizar para controlar la uniformidad de la irradiación del
iluminador.
Los objetos, características y ventajas
adicionales de la invención se expondrán en la descripción que sigue
y en parte se aclararán mediante la descripción, o podrán ser
aprendidas con la puesta en práctica de la invención. Los objetos y
ventajas de la invención pueden ser alcanzados y obtenidos mediante
los medios y con las combinaciones que se especifican en las
reivindicaciones anexas.
Los dibujos que se acompañan, los cuales se
incorporan en y forman parte de, la memoria descriptiva, ilustran
realizaciones actualmente preferidas de la invención, y, junto con
la descripción general dada en lo que antecede y la descripción
detallada de las realizaciones preferidas que se proporcionan en lo
que sigue, sirven para explicar los principios de la invención.
La Figura 1 es una vista en alzado frontal, en
sección transversal parcial, de un iluminador de acuerdo con la
presente invención;
La Figura 2 es una vista en alzado lateral, en
sección transversal parcial, del iluminador mostrado en la Figura
1;
La Figura 3 es una vista en planta, en sección
transversal parcial, del iluminador mostrado en la Figura 1;
La Figura 4 es una vista en detalle de la fuente
luminosa de tubo fluorescente ilustrada en la Figura 1;
La Figura 5 es una vista en detalle del reflector
mostrado en la Figura 1;
La Figura 6 es una vista detallada de la pantalla
mostrada en la Figura 1;
La Figura 7 es una ilustración esquemática de un
circuito de cableado para el iluminador mostrado en la Figura 1;
La Figura 8 es una ilustración esquemática de un
circuito de cableado de balasto para el iluminador mostrado en la
Figura 1;
La Figura 9 es una ilustración esquemática de un
circuito de cableado modificado de un iluminador conforme a la
presente invención;
Las Figuras 9A a 9D son ilustraciones
esquemáticas que muestran detalles del circuito de cableado mostrado
en la Figura 9;
La Figura 10 es una ilustración de un espectro
típico de emisión de fluorescente de la fuente luminosa de tubo
fluorescente que se ha representado en la Figura 4, y
La Figura 11 es una representación de un sistema
de monitorización que no forma parte de la presente invención.
De acuerdo con una realización preferida que se
ilustra en las Figuras 1-8, siete tubos
fluorescentes 10(1) - 10(7) en forma de U, están
activados por tres balastos electrónicos 20. El ajuste de la tensión
de balasto controla la potencia de salida de los tubos. Los tubos
10(1) - 10(7) están soportados por un alojamiento 30 y
están cubiertos por una pantalla 40 de policarbonato que dirige un
flujo de aire de refrigeración por el interior de la unidad y que
evita el contacto vidrio-paciente en caso de rotura
del tubo. Un reflector 50 de aluminio, situado por detrás de los
tubos, incrementa tanto la irradiación de salida como la uniformidad
de la distribución de salida. Las dimensiones globales de la unidad
son de aproximadamente 38 cm de alto (H) x 45 cm de ancho (W) x 44,5
de profundidad (D). La Figura 1 muestra la posición de la cabeza y
el cuello del paciente.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, siete tubos fluorescentes 10(1) -
10(7) Ultra Blue F34T8 de 91 cm (36'') proporcionan un área
máxima de emisión de luz visible de 36 cm de alto por 46 cm de ancho
(aproximadamente 2850 cm^{2}), con un área mínima terapéuticamente
activa de 30 cm de alto por 46 cm de ancho (aproximadamente 1350
cm^{2}). Según se muestra en la Figura 1, los tubos tienen una
zona 10A central arqueada en general y brazos 10B que se extienden
desde extremos respectivos de la zona central.
Los tubos fluorescentes son del tipo de lámpara
de descarga de gas. Estos utilizan una descarga eléctrica a través
de un gas a baja presión para crear un plasma que interactúa con un
fósforo de fluorescencia para convertir la energía eléctrica en luz.
Un tubo fluorescente típico consiste en un tubo de vidrio estanco
dotado de electrodos, o cátodos, en ambos extremos. El tubo está
recubierto internamente con fósforo cristalino
luminiscente-inorgánico de manera uniforme. El tubo
está lleno de un gas inerte a baja presión, normalmente argón, al
que se ha añadido una pequeña cantidad de mercurio líquido con
anterioridad al sellado. La baja presión interna provoca que algo
del mercurio líquido se evapore y dé como resultado una atmósfera de
argón/ mercurio en el interior del tubo. La aplicación de un
potencial de tensión suficientemente alto a través de los cátodos,
provoca la emisión de electrones desde el cátodo, que se difunden a
lo largo de la longitud del tubo y que ionizan el vapor de
argón/mercurio. Una vez ionizado, la mezcla de gas del interior del
tubo se vuelve conductora, lo que permite que circule una corriente
eléctrica y que siga excitando los átomos de mercurio. La magnitud
de la corriente del tubo controla el número de átomos excitados y
con ello la salida de luz desde el tubo. Según vuelven los átomos de
mercurio excitados a un estado de energía más bajo, emiten
radicación ultravioleta (UV). Esta radiación UV es absorbida por el
fósforo de la pared del tubo, provocando que el fósforo emita
radiación fluorescente, convirtiendo eficazmente la energía de la
línea de mercurio resonante principal en una longitud de onda más
larga. La química del material de fósforo determina la emisión
espectral característica de la salida de luz desde la lámpara. Esto
puede ser utilizado para sintonizar la salida de longitud de onda de
la fuente de luz para adecuarla a los requisitos de la aplicación,
como en el caso de la presente invención.
La salida del tubo fluorescente no es
inherentemente uniforme. La salida medida en la proximidad inmediata
del cátodo es típicamente mucho más baja que la salida por el resto
del tubo. Esto ocurre así debido a que el gas ionizado en la zona
cercana al cátodo no emite tanta UV como para excitar el fósforo.
Esta zona de emisión reducida se conoce como espacio oscuro de
Faraday. Para evitar problemas de uniformidad, una realización de la
presente invención hace uso de una pluralidad de tubos 10(1)
- 10(7) en forma de U. Esta disposición permite que los
cátodos y su zona de baja salida se sitúen por fuera del área de
emisión activa (de manera efectiva, por detrás de las orejas del
paciente). Solamente la porción central más uniforme de la salida
del tubo se utiliza para el tratamiento del paciente. Otra ventaja
de la disposición consiste en que la uniformidad puede ser ajustada
también variando la separación lateral de los tubos (la separación
horizontal relativa como se muestra en la Figura 2). Esto es
importante debido a que es necesario compensar el hecho de que la
salida de una fuente de luz de emisión de plano aplanado cae en las
proximidades de los bordes. Variando la separación lateral de los
tubos se crea el mismo efecto que plegando los bordes de un
iluminador mayor sobre sí mismo, emulando así un emisor de plano
infinito con una unidad compacta.
La forma de U minimiza las variaciones de
distancia entre el emisor y el objetivo, proporcionando una
distribución de luz visible uniforme por la cara o el cuero
cabelludo del paciente; las dimensiones del tubo fueron elegidas en
base a las dimensiones medias de la cabeza de un humano adulto. El
montaje de los tubos minimiza el impacto de la zona de no emisión en
los extremos. Esto permite que la presente invención sea más
compacta y permite un centrado más fácil de la cabeza del paciente
dentro de las fuentes de luz visible. Además, la forma de "U"
proporciona la irradiación y la uniformidad de irradiación deseadas
para la irradiación facial y del cuero cabelludo y asegura así que
se aplica la dosificación apropiada de luz visible a todas las zonas
objetivo durante PDT.
El número de tubos utilizados y la separación
entre los mismos se eligieron de modo que se consiguen las
especificaciones deseadas de uniformidad y de salida de potencia. La
distribución óptima de salida se ha encontrado de modo que se
produce cuando se sitúan siete tubos 10(1) - 10(7) en
el chasis siguiendo un patrón simétrico con respecto a los bordes
opuestos de la unidad, con la siguiente separación lateral
aproximada: 7 cm entre el tubo 10(4) central y cada uno de
los dos tubos 10(3), 10(5) adyacentes al tubo
10(4) central; 5 cm entre los tubos 10(3),
10(2) y 10(5), 10(6), es decir, los pares de
tubos siguientes hacia fuera del tubo central; y 3,5 cm entre los
tubos 10(2), 10(1) y 10(6), 10(7), es
decir, los pares de tubos más externos a los lados de la unidad. Los
tubos 10(1), 10(7) más exteriores están
aproximadamente a 2,5 cm de los bordes del alojamiento. La presente
invención proporciona una irradiación de salida altamente uniforme
sin la utilización de ningún elemento de difusión adicional. Sin
embargo, se ha previsto también que se pueda incorporar un elemento
difusor en la pantalla 40.
Los tubos fluorescentes de acuerdo con las
realizaciones preferidas de la presente invención, utilizan un
fósforo comercialmente disponible - Sr_{2}P_{2}O_{7}:Eu -, que
se utiliza en el proceso diazo de impresión azul. Cuando este
fósforo absorbe la radiación UV emitida desde el mercurio produce un
espectro de emisión de luz azul con un ancho de banda que tiene una
gama de 30 nm a una longitud de onda de pico de 417 nm (nominal). Un
espectro típico de emisión de fluorescencia de los tubos conforme a
la presente invención ha sido representado en la Figura 10. De
acuerdo con una realización preferida de la presente invención, la
salida espectral se elige de modo que se equipare con el espectro de
absorción de la protoporfirina IX, la especie de fotosensibilización
que ha de ser formada mediante ALA en el tejido objetivo. Se pueden
proporcionar otras salidas espectrales visibles cuando se utiliza un
fósforo diferente en el interior de los tubos. También se pueden
proporcionar otras salidas espectrales visibles cuando se utilizan
otras tecnologías de fuente luminosa.
Conseguir unos resultados satisfactorios a partir
de un tubo fluorescente requiere la aplicación de una tensión a los
cátodos del tubo para iniciar la conducción del tubo y controlar a
continuación la corriente del tubo. Los tubos fluorescentes, al ser
dispositivos de descarga, son particularmente sensibles a las
tensiones y corrientes eléctricas utilizadas para activarlos. Las
corrientes de tubo más altas aumentarán la producción de electrones,
lo que provoca que se incremente la irradiación de salida. Pero
corrientes más altas dan como resultado temperaturas de cátodo más
altas, que incrementan potencialmente la erosión del material de
emisión del cátodo y la contaminación de la atmósfera del tubo
mediante el material que se separa de los cátodos; esto da
finalmente como resultado una disminución de la vida del tubo. Las
corrientes de tubo que son demasiado bajas pueden dar como resultado
temperaturas bajas de la pared del tubo que pueden causar
condensación del vapor de mercurio, afectando negativamente a la
uniformidad de la salida de la lámpara. Además, para la mayor parte
de los diseños de tubo es necesario calentar los cátodos con el fin
de conseguir un arranque apropiado del tubo. El control de las
características de tensión y/o de corriente del tubo, así como
también el calentamiento de los cátodos, se realiza con circuitería
electrónica externa que normalmente está diseñada y empaquetada en
un único dispositivo conocido como "balasto". Existen muchos
diseños posibles de tal balasto; éstos van desde simples inductores
magnéticos hasta sofisticados circuitos electrónicos que optimizan y
controlan muchos aspectos del funcionamiento del tubo.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, cada balasto 20 comprende tres secciones
funcionales principales: un circuito de filtro de entrada, un
circuito oscilador de potencia y un transformador de salida de alta
frecuencia.
El circuito de filtro de entrada rectifica la
tensión de línea de 120 VAC en una tensión de CC interna que puede
ser utilizada por el oscilador de potencia. El filtro evita también
que las perturbaciones de la línea de CA afecten negativamente al
funcionamiento del balasto y evita que los transitorios de
conmutación del oscilador se realimenten a la línea de AC.
Finalmente, este circuito proporciona corrección del factor de
potencia, de modo que la corriente de pico de la línea de CA
consumida por los balastos es inferior a la de un simple
rectificador. También es posible operar realizaciones preferidas de
la presente invención utilizando tensión de entrada de CC.
El oscilador de potencia proporciona el mecanismo
para la transferencia de energía eléctrica en cada unidad 20 de
balasto; el mismo consiste en un par de transistores de conmutación
acoplados a un circuito resonante que incluye el transformador de
salida. Una pequeña señal procedente del transformador de salida se
realimenta a la entrada de los transistores de conmutación,
provocando que los mismos oscilen cuando se aplica la tensión de CC.
La energía de esta oscilación, se acopla a los tubos a través del
transformador. Para este diseño de balasto, la magnitud de la
oscilación es proporcional a la tensión de CC, la cual, a su vez, es
proporcional a la tensión de línea de AC. Debido a que el
transformador está también conectado a los cátodos del tubo, la
magnitud de la corriente del tubo es proporcional a la tensión de
línea de AC. Esto se conoce como diseño de vataje no constante y se
eligió para permitir el ajuste de la irradiación de salida de la
presente invención.
El transformador de alta frecuencia acopla
energía al tubo, mientras que también realiza otras importantes
funciones. El mismo proporciona la transformación eléctrica de
niveles de tensión y una impedancia de limitación de corriente, con
el fin de suministrar la tensión y corriente correctas a los tubos,
para asegurar un funcionamiento apropiado y seguro. También
proporciona realimentación al oscilador para ayudar a estabilizar su
funcionamiento y para suministrar un mecanismo que genere un pulso
de arranque inicial de alta tensión.
Arrollamientos adicionales del transformador
proporcionan también una corriente para calentar los cátodos del
tubo. Esto rebaja las necesidades de tensión de arranque y reduce el
daño a los cátodos a partir del impulso de corriente de arranque
inicial.
Debido a las variaciones de fabricación en la
producción de los tubos, la irradiación de salida debe ser ajustada
para que cumpla con los requisitos de la indicación PDT específica.
Además, la salida debe ser ajustada de acuerdo con el envejecimiento
de los tubos, para compensar la degradación en el interior de los
propios tubos. En una realización preferida de la presente
invención, los balastos 20 son balastos de vataje no constante,
permitiendo así que la salida del tubo sea ajustada cambiando la
tensión de entrada a los balastos. De acuerdo con una realización
preferida de la presente invención, es posible una variación del 40%
con el uso de dos autotransformadores 60 de reducción/ elevación en
la línea de AC.
La tensión de balasto puede ser ajustada de forma
manual o automática. De acuerdo con realizaciones de la presente
invención que tienen un ajuste manual de la tensión, la tensión de
balasto apropiada la establece un técnico seleccionando manualmente
la derivaciones en dos autotransformadores 60 de reducción/
elevación. Puesto que las variaciones en la tensión de línea de CA
de entrada afectan a la tensión de balasto, la estabilización de
tensión externa puede ser utilizada para mejorar la estabilidad de
la salida. Otra realización preferida de la presente invención tiene
ajuste automático de tensión, que incluye un sistema "activo"
de conmutadores electrónicos activados por microcontrolador para
eliminar la necesidad de estabilización de tensión externa y la
necesidad de ajuste por un técnico de la tensión de balasto según se
reduce la salida del tubo con el uso. El microcontrolador acepta
señales de entrada desde los sensores ópticos y de tensión y a
continuación activa el conmutador electrónico apropiado para
mantener la irradiación de salida dentro de parámetros específicos.
El sistema de conmutación activo está también capacitado para
corregir cambios en la potencia de salida debidos a las variaciones
en la tensión de línea y en la temperatura durante el tratamiento;
así, no se requiere estabilización de tensión de línea externa en
una realización preferida de la presente invención que disponga del
sistema de conmutación activo. El ajuste automático de tensión, de
acuerdo con una realización preferida de la presente invención, va a
ser descrito de una manera más completa en lo que sigue.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, se utilizan tres balastos 20 electrónicos de
arranque rápido para activar siete tubos fluorescentes 10(1)
- 10(7). Dos de los balastos 20(1) y 20(3)
activan dos tubos 10(1), 10(7) y 10(2),
10(6), respectivamente y un balasto 20(2) activa tres
tubos 10(3) - 10(5). Estos balastos convierten la
tensión de línea de 120 VAC, disponible a partir de una salida de
pared estándar, en una corriente sinusoidal de alta frecuencia
(\sim 25 kHz), adecuada para activar los tubos fluorescentes. La
operación de alta frecuencia resulta deseable para reducir el rizado
óptico de salida que se encuentra presente en todos los tubos
fluorescentes, e incrementar la salida global. El rizado de salida
es una pequeña variación en la salida del tubo relacionada con la
corriente alterna de tubo utilizada para mantener el arco de
plasma.
Con el fin de utilizar la luz visible emitida
desde la parte trasera de los tubos, e incrementar la uniformidad de
la distribución de salida se sitúa un reflector 50 a aproximadamente
10 mm de la superficie trasera de los tubos. El reflector 50 está
hecho de hoja de aluminio pulido, que se dobla hasta que se adapta
aproximadamente a la configuración de los tubos.
El área de emisión de la presente invención está
cubierta con una pantalla 40 de plástico de baja transmisión de UV.
En una realización preferida de la presente invención, la pantalla
40 de plástico está hecha a partir de policarbonato. Cuando se
utiliza tecnología de tubo fluorescente existe una pequeña cantidad
de emisión de UV presente en la salida. El policarbonato tiene una
transmisión muy baja en la región UV del espectro y filtra de manera
efectiva cualquier emisión residual de UV de la salida de luz
visible de la unidad. La pantalla 40 protege también al paciente
frente a daños en caso de rotura del tubo.
Puesto que las temperaturas del cátodo y de la
pared del tubo afectan fuertemente a la distribución de salida se
proporciona un sistema de refrigeración para proporcionar un
funcionamiento adecuado del tubo. El sistema de refrigeración
comprende respiraderos en la pantalla 40 de policarbonato, el
reflector 50 y el alojamiento 30, así como también ventiladores 70
para desplazar el aire de refrigeración.
El aire del ambiente entra en la presente
invención a través de respiraderos 42 de entrada realizados en la
pantalla 40 de policarbonato. El espacio entre la pantalla 40 y el
reflector 50 crea una primera zona (es decir, un plénum) en la que
el aire del ambiente pasa por encima de los tubos 10(1) -
10(7). El aire del ambiente es calentado por los tubos y es
transferido desde la primera zona hasta una segunda zona, entre el
reflector 50 y el alojamiento 30 a través de respiraderos realizados
en el reflector 52. Los respiraderos 52 del reflector se sitúan a
\pm45º para proporcionar la distribución de temperatura apropiada
en las paredes del tubo. El aire caliente es evacuado por cuatro
ventiladores 70 a través de respiraderos 32 de salida previstos en
el alojamiento 30.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, una pluralidad de respiraderos 42 de entrada (se
han representado treinta y seis), realizados en la pantalla 40 de
policarbonato se encuentran separados de manera uniforme a lo largo
de cada borde, directamente encima de la zona de cátodo de los
tubos. Los respiraderos 52 del reflector 50 consisten en pares de
ranuras mecanizadas en columnas desde su parte superior hasta su
parte inferior; los respiraderos 52 del reflector están directamente
enfrente de los ventiladores 70, los cuales están situados a
\pm45º del centro de la unidad.
La sección recta del tubo, comprendida entre la
zona de cátodo y la sección curvada de los tubos "U", produce
una salida ligeramente mayor que la porción central de la sección
curvada. Esto ha sido atribuido a diferencias en el espesor del
recubrimiento de fósforo provocadas por el proceso de curvado. Para
incrementar aún más la uniformidad de irradiación, los respiraderos
52 del reflector están situados en el reflector 50 de modo que el
aire de refrigeración circula principalmente sobre la sección recta
y las porciones extremas de la sección curvada. Sobre la porción
media de los tubos, entre los juegos de respiraderos 52 de
reflector, circula menos aire de refrigeración, provocando que la
temperatura de pared de tubo sea más alta en esa región. Puesto que
la irradiación de salida para este tubo se incrementa (hasta un
punto) con la temperatura de pared del tubo, la región central más
caliente del tubo produce irradiaciones de salida más altas que el
resto del tubo y compensa la menor eficacia de emisión de la zona
central.
Los controles de usuario de acuerdo con una
realización de la presente invención, incluyen un conmutador 80
principal de potencia situado en la parte trasera del alojamiento 30
y un conmutador de llave para encendido/ apagado y un temporizador
100, situado en un lado del alojamiento 30. El temporizador 100
incluye un indicador 102 de tiempo de exposición que muestra el
tiempo de tratamiento restante.
El conmutador 80 principal de potencia forma
parte de un módulo de entrada de potencia provisto de fusible
consistente en un conmutador oscilante de dos posiciones y en un
conector para cable de potencia estándar según la International
Electrotechnical Commission (IEC). Empujando el conmutador oscilante
hasta la posición "1" se suministra energía al sistema. Los
ventiladores 70 se pondrán en marcha, pero los tubos 10(1) -
10(7) no se iluminarán hasta que el conmutador de llave 90
sea llevado a conexión y el temporizador 100 se reponga y se active.
Cuando el conmutador 80 de potencia principal está en posición
"0" todos los componentes eléctricos comprendidos en la
presente invención están desconectados de la línea de AC. El módulo
de entrada de potencia provisto de fusible proporciona protección
contra la sobre-corriente a la presente invención y
limitación de corriente en caso de un sobreimpulso de potencia; el
conmutador 80 de potencia principal no aplicará potencia a la unidad
en caso de cualquiera de los fusibles de este módulo esté
abierto.
El conmutador 90 de llave proporciona un medio
mediante el que la utilización de la presente invención puede estar
restringida al personal autorizado. De acuerdo con una realización
de la presente invención, la actuación del temporizador 100 y de los
tubos 10(1) - 10(7) requiere insertar la llave y
girarla a favor de las agujas del reloj 1/4 de vuelta hasta la
posición "ON" ("CONEXIÓN"). Esto activa el temporizador
100 de modo que se puede introducir el tiempo de exposición
preestablecido.
De acuerdo con una realización de la presente
invención, el temporizador 100 del sistema controla directamente el
funcionamiento de los tubos 10(1) - 10(7)
fluorescentes. Éste contiene tres botones 104 de ajuste/ control: un
botón de inicio/ parada y dos botones de selección de tiempo, así
como también el indicador 102 de tiempo de exposición. El
temporizador 100 se utiliza para establecer el tiempo de exposición
requerido y para iniciar la exposición de luz visible. Éste apaga
automáticamente los tubos de la presente invención después de que ha
transcurrido el tiempo de exposición establecido.
Los dos botones 104 de selección de tiempo son,
con preferencia, conmutadores de membrana que permiten al usuario
establecer el tiempo de exposición. Presionando el botón 104 según
la flecha "up" se incrementa el tiempo y presionando el botón
104 según la flecha "down" se reduce el tiempo. Cuando se
presionan inicialmente, estos botones cambiarán la lectura de
presentación lentamente. Si se mantienen presionados, el
visualizador empezará a rotar más rápidamente. Se pueden hacer
pequeños ajustes en el tiempo mostrado presionando y soltando
rápidamente los botones. De esta manera, el tiempo de tratamiento
prescrito puede ser establecido por el usuario.
El botón 104 de inicio/ parada es un conmutador
de membrana que controla el funcionamiento del tubo; éste oscila
entre los estados de funcionamiento y parada de los tubos y del
temporizador. Una vez que se ha establecido el tiempo de exposición,
presionando este botón 104 se activan los tubos y se inicia la
secuencia de conteo descendente del temporizador. Al presionarlo una
segunda vez apaga los tubos y detiene el temporizador,
proporcionando así un medio para interrumpir el tratamiento, si se
precisa. Si no se presiona el botón 104 de inicio/ parada una
segunda vez el temporizador apaga automáticamente los tubos cuando
termina el conteo descendente del temporizador. El tratamiento puede
ser terminado también, en caso necesario, girando la llave hasta la
posición "OFF" ("DESCONEXIÓN") o pulsando el conmutador 80
principal de potencia hasta la posición "0".
El indicador 102 de tiempo de exposición presente
en el temporizador 100, es con preferencia un visualizador LED de
cuatro dígitos, que lee en minutos y segundos. Con anterioridad a
pulsar el botón 104 de inicio/ parada para que empiece la exposición
luminosa, el visualizador 102 indica el tiempo de exposición que ha
sido establecido. Cuando el botón 104 de inicio/ parada se presiona
para iniciar el tratamiento, el indicador 102 de tiempo de
exposición contará en sentido descendente y mostrará la cantidad de
tiempo de exposición que falta. Los tubos se apagarán
automáticamente cuando se lea en el visualizador "00:00".
La potencia se suministra a través de un cable
eléctrico de tres conductores, de grado hospitalario. Los requisitos
de potencia de acuerdo con una realización de la presente invención
son de una entrada de tensión de línea de CA de 120 VAC, 2,5
amperios, 60 Hz, que se estabiliza con la utilización de un
regulador de tensión comercial externo (por ejemplo, un
transformador de tensión constante SOLA MCR1000).
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, la necesidad de ajuste técnico de la tensión de
balasto según decrece la salida del tubo con el uso se elimina con
la provisión de un auto-ajuste automático de la
tensión de balasto. Esto se ha realizado sustituyendo los saltadores
de selección manual de derivación por un sistema "activo" de
conmutadores electrónicos activados por microcontrolador (Figuras 9
y 9A - 9D). El microcontrolador acepta señales de entrada
procedentes de los sensores ópticos y de tensión y activa a
continuación el conmutador electrónico apropiado para mantener la
irradiación de salida dentro de los parámetros especificados. El
sistema de conmutación activa está capacitado para corregir cambios
en la salida de potencia debido a la variación de la tensión de
línea y de la temperatura durante el tratamiento; de este modo, no
se requiere estabilización externa de tensión de línea de acuerdo
con las realizaciones preferidas de la presente invención que tienen
ajuste automático de la tensión de balasto. Todos los demás
componentes de las realizaciones de ajuste automático de tensión de
balasto de la presente invención, incluyendo los tubos 10(1)
- 10(7), los balastos 20, el reflector 50 y la pantalla 40 de
policarbonato, son los mismos que para las realizaciones ajustadas
manualmente.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, un sistema 110 de control electrónico consiste
en seis bloques funcionales. Un microcontrolador 200 es la unidad
central de proceso; ésta contiene microprogramación que lee los
sensores del sistema, determina el estado del sistema, controla la
tensión de balasto (y la salida del tubo) y proporciona información
de usuario mediante un LED 112 de estado de sistema (la
microprogramación se describe con detalle más adelante). Para
conseguir que la irradiación de salida esté en la gama especificada,
el microcontrolador 200 monitoriza la salida del tubo a través de un
sensor 120 de luz visible que se sitúa por detrás del reflector 50
del tubo. Con referencia a la Figura 11, se proporciona luz visible
difusa al sensor 120 de luz visible mediante la mecanización de
ranuras 122(3) - 122(5) por detrás de cada uno de los
tres tubos 10(3) - 10(5) centrales dispuestos en el
panel 50 reflector justamente a la izquierda del centro. Un circuito
210 de detección de tensión indica al microcontrolador 200 cuándo el
temporizador 100 ha iniciado su secuencia de conteo descendente y
también cuándo se ha alcanzado la máxima tensión de balasto
admisible. Utilizando la entrada de estos sensores, el
microcontrolador 200 compara el estado de sistema de corriente con
los valores almacenados durante la calibración y determina si se
precisa el ajuste de la tensión de balasto. El ajuste de la tensión
de balasto se realiza con una red de conmutación en relación de
interfaz con aisladores ópticos 222 de cruce por cero, para las
líneas de salida del microcontrolador. Finalmente, si el sistema no
está funcionando apropiadamente, o no puede producir potencia de
salida dentro de la gama operativa especificada, el microprocesador
200 activa el LED 112 de estado de sistema para informar al usuario.
Los bloques funcionales del sistema de control electrónico van a ser
descritos ahora con mayor detalle.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, se proporciona un microcontrolador 200
incrustado completamente programable (por ejemplo, Microchip
PIC16F84), que incorpora una unidad lógica aritmética, RAM de
sistema, RAM de almacenamiento no volátil, ROM y circuitería de
interfaz en un único circuito integrado monolítico. El
microcontrolador 200 contiene también un circuito temporizador
"vigilante" electrónicamente independiente, que está programado
para reponer la CPU en caso de un fallo del hardware del
microcontrolador, o de un error de ejecución de la
microprogramación. El microcontrolador 200 está en relación de
interfaz con los sensores de sistema, el LED 112 de estado de
sistema y la red de conmutación electrónica por medio de doce líneas
de E/S digitales programables. Los parámetros de calibración de
sistema se almacenan en la RAM no volátil integrada en el chip y
toda la microprogramación de sistema para controlar las funciones
reguladoras está contenida en el almacenaje de la ROM integrada en
el chip. La microprogramación se programa en la ROM y se verifica
con la utilización de hardware de programación externo.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, el sensor 120 de luz visible (por ejemplo, un
fotosensor TSL230B de Texas Instruments) se utiliza para detectar la
salida del tubo y la salida del sensor 120 de luz visible se utiliza
como criterio de regulación. En el caso del fotosensor TSL230B, un
diodo de área amplia y un convertidor de
corriente-en-frecuencia integrado
proporcionan una señal de salida para el microcontrolador en forma
de una serie de pulsos digitales. La conversión directa de la señal
óptica a formato digital reduce la complejidad del circuito y
elimina los problemas de calibración y deriva asociados a la
circuitería analógica.
El sensor 120 de luz visible está situado por
detrás del tubo 10(4) central y el panel 50 reflector
justamente a la izquierda del centro. Con el fin de monitorizar la
distribución de luz visible desde múltiples tubos, se han mecanizado
tres ranuras 122(3) - 122(5) en el reflector 50 por
detrás de los tres tubos 10(3) - 10(5) centrales. El
área en sección transversal y la posición de estas ranuras
122(3) - 122(5) son tales que el sensor 120 de luz
visible recibe entradas de igual peso desde los tres tubos
10(3) - 10(5). De acuerdo con una realización
preferida de la presente invención, la relación de las áreas en
sección transversal para dos cualesquiera de las ranuras
seleccionadas es proporcional a los cuadrados inversos de la
distancias de las ranuras seleccionadas desde el sensor 120 de luz
visible. El sensor 120 de luz visible está recubierto con un filtro
para equiparar su capacidad de respuesta espectral con la del
optómetro que fue utilizado como estándar de medición para la
calibración. Adicionalmente, el sensor 120 de luz visible está
cubierto con un difusor de vidrio para minimizar adicionalmente la
dependencia posicional del detector en relación con las ranuras
122(3) - 122(5) del reflector.
El circuito 210 de detección de tensión realiza
una doble función: éste coordina el funcionamiento del
microcontrolador con el temporizador 100 de sistema, e informa al
microcontrolador 200 cuando se ha alcanzado la máxima tensión de
balasto permisible. En una realización preferida de la presente
invención (con referencia a la Figura 9A), el circuito 210 de
detección de tensión comprende un bucle de enganche de fase (PLL)
214 CD4046 CMOS utilizado como oscilador controlado por tensión
(VCO). Una muestra de la presente tensión de línea existente en el
balasto se rectifica y se utiliza para proporcionar potencia al
CD4046 y para activar la entrada VCO. Esta disposición permite que
el circuito produzca un tren de pulsos digitales, cuya frecuencia es
proporcional a la tensión de balasto. El tren de pulsos se acopla a
través de un aislador óptico 212 al microcontrolador 200, el cual
determina la tensión de balasto por medición del período de
pulso.
La detección del estado del temporizador del
sistema se realiza colocando los contactos de relé del temporizador
en serie con los cables de alimentación del balasto. Cuando el
temporizador 100 está desconectado (por ejemplo, no hay tratamiento)
no se encuentra tensión alguna para activar el circuito 210 de
detección de tensión ni los balastos 20. Con la detección de esta
condición, el microcontrolador 200 reinicia las variables de sistema
y entra en bucle hasta que se encuentra presente un tren de pulsos
(tensión). Con la inicialización de la secuencia de conteo
descendente del temporizador los contactos de relé del temporizador
se cierran, suministrando tensión al circuito 210 de detección de
tensión y a los balastos 20. Cuando se detecta la presencia de un
tren de pulsos mediante el microcontrolador 200, comienza la
regulación (véase lo que sigue). Aunque el circuito regulador puede
ajustar la tensión de balasto, la duración del tratamiento está
controlada por hardware con el temporizador 100 a través del
cableado serie de los contactos de relé.
Una vez que se ha iniciado el tratamiento de luz
visible, el microcontrolador 200 monitoriza el tren de pulsos VCO y
lo compara con un valor almacenado en la memoria durante la puesta
en servicio y la calibración. Si el valor medido excede al valor
almacenado los incrementos adicionales de la tensión de balasto
quedan inhibidos. El valor almacenado en la memoria del
microcontrolador corresponde con la tensión de balasto en una
disposición de derivación de transformador menor que su máxima
tensión operativa estimada, evitando la selección de una disposición
de derivación de transformador que excedería de la máxima tensión de
balasto. Esta técnica minimiza la conmutación innecesaria y asegura
que la tensión de balasto no excede de su máxima tensión operativa
estimada (133 VAC en una realización preferida de la presente
invención) en ningún momento.
Con referencia a las Figuras 9C y 9D, la red de
conmutación electrónica para la selección de la derivación del
transformador comprende seis conmutadores electrónicos 220 por
tiristor, que conectan las líneas de entrada de balasto y las
derivaciones de selección de tensión en el autotransformador 60 de
reducción/ elevación de tensión. Los conmutadores 220 de tiristor
controlan puertas acopladas electro-ópticamente al microcontrolador
200. El microcontrolador 200 incrementa o disminuye así la tensión
aplicada a los balastos 20 (incrementando o reduciendo la salida del
tubo), proporcionando energía a las puertas de control apropiadas
para seleccionar la derivación apropiada.
De acuerdo con realizaciones preferidas de la
presente invención, el indicador 112 de estado de sistema muestra
cuándo la irradiación de salida no está dentro de las
especificaciones o cuándo se ha producido un fallo en el sistema de
control. No es necesaria la inspección con un medidor de potencia
separado.
En una realización preferida de la presente
invención, el indicador 112 de estado de sistema comprende un solo
LED que indica el estado funcional del sistema utilizando una
frecuencia de activación codificada.
Inmediatamente después de que la llave ha sido
llevada en primer lugar a la posición "ON", el LED parpadea
tres veces para indicar que el funcionamiento del sistema es normal
y que está listo para su uso. Si esto no ocurre, bien el LED o el
microcontrolador no está funcionando correctamente o bien el
conmutador 90 de llave ha sido llevado a conexión, desconexión y de
nuevo a conexión demasiado rápidamente para que el microcontrolador
200 reinicie el control de LED. Si el LED no parpadea tres veces
después de la interrupción de la energía durante algunos segundos y
el restablecimiento de la misma, la unidad no debe ser
utilizada.
El parpadeo rápido inmediatamente después de que
el conmutador 90 de llave ha sido llevado a conexión indica que
existe un error de suma de control en el microcontrolador 200. Esto
ocurre cuando existe un problema con los valores almacenados en la
memoria del microcontrolador para la regulación óptica y para los
límites de tensión de balasto. En este caso, la unidad no está
operativa y no se iluminará.
Si se produce un parpadeo lento después de que se
ha iniciado el tratamiento temporizado y el regulador intenta y
falla 10 veces para reducir la salida del tubo a la gama
especificada esto indica que la salida puede ser demasiado alta, y
que la tensión de balasto no puede ser ya reducida más. Esto puede
ser el resultado de un fallo en el microcontrolador o de algún
componente. Si el LED parpadea lentamente durante el tratamiento, el
tratamiento debería ser interrumpido debido a que la potencia de
salida puede ser más alta que el valor máximo especificado.
Si se produce una luminosidad estable después de
que se haya iniciado el tratamiento temporizado y el regulador
intenta y falla 10 veces incrementar la salida del tubo hasta los
valores comprendidos en la gama especificada, esto indica que la
potencia de salida puede ser demasiado baja y que la tensión de
balasto no se puede incrementar ya más. Si el LED se ilumina
establemente durante el tratamiento, pero no parpadea, el
tratamiento puede continuar, aunque la eficacia puede ser reducida
como resultado de una baja salida del tubo. El LED se apagará si la
irradiación de salida se incrementa posteriormente hasta por encima
del límite mínimo especificado.
La microprogramación del microcontrolador posee
tres módulos de microprogramación principal ejecutable:
establecimiento de conexión de potencia, calibración y regulación.
Solamente los módulos de establecimiento de conexión de potencia y
de regulación se ejecutan durante los tratamientos de pacientes.
El módulo de establecimiento de conexión de
potencia solamente actúa con la conexión del microcontrolador,
cuando el conmutador 90 de llave es insertado y llevado a "ON".
En este momento, se reinician las variables de sistema y se
recuperan los valores de calibración almacenados en la RAM no
volátil. Adicionalmente, se realiza un cálculo de suma de control y
compara con una suma de control almacenada. Cualquier desigualdad
provoca que la microprogramación interrumpa el sistema, e inicie el
código de parpadeo rápido del LED. Una vez que se ha conseguido el
arranque con éxito se transfiere el control al módulo de
regulación.
Con la entrada del módulo de regulación, el
microcontrolador 200 introduce un bucle de detección de tensión
hasta que detecta ya sea un tren de pulsos procedente del circuito
de tensión, o ya sea un cierre de contacto en uno de los botones/
saltadores de servicio accesibles para el técnico. El reloj interno
y las banderolas de error, son repuestos en este bucle. Si se
detecta el cierre de servicio de contacto, se transfiere el control
al módulo de calibración (véase lo que sigue). Una vez que se ha
establecido el tiempo de exposición en el temporizador 100 y se ha
presionado el botón "INICIO", el microcontrolador 200 detecta
el tren de pulsos producido por el VCO e introduce el bucle de
regulación principal. Esto pone en marcha el reloj interno
(independiente del temporizador). El bucle de regulación principal
lee la salida del VCO, el sensor 120 de luz visible y el reloj
interno; selecciona un nuevo conmutador de derivación (si se
requiere) y presenta cualquier error de sistema cada tres segundos
de acuerdo con el algoritmo que se describe a continuación. La
ejecución del bucle continúa hasta que el temporizador termina el
tratamiento y el tren de pulsos del VCO.
Cuando se inicia en primer lugar la secuencia de
conteo descendente del temporizador, el microcontrolador 200
establece que la red de conmutación aplique tensión de línea a los
balastos 20. Durante los primeros 2,5 minutos del tratamiento (según
se determina a partir del reloj interno), el sensor 120 de luz
visible mide la salida del tubo y se seleccionan las derivaciones
apropiadas del transformador para mantener la irradiación de salida
entre los límites medios máximo y mínimo almacenados (9,3 y 10,7
mW/cm^{2} de acuerdo con una realización preferida de la
invención). Esto se hace con el fin de proporcionar un calentamiento
óptimo del tubo mientras se mantiene la irradiación de salida dentro
de los límites especificados.
Para proporcionar tiempo suficiente para que la
salida esté comprendida dentro de la gama requerida a los cinco
minutos después de cualquier ajuste de tensión de balasto, el
microcontrolador 200 conmuta el límite de regulación mínimo hasta el
valor almacenado (9,3 mW/cm^{2} en una realización preferida de la
invención) después de los primeros dos minutos y medio de
funcionamiento; el límite máximo se mantiene sin cambio. Puesto que
los límites de regulación no son modificados más allá de este punto,
la irradiación de salida se mantendrá dentro de estos límites hasta
que termina el tratamiento.
Si no puede mantenerse la salida entre los
límites de regulación, las banderolas de error de sistema activan el
LED de estado de sistema. No se informa sobre un error de sistema
hasta que el regulador ha hecho diez intentos de corregir la
condición. Esto proporciona tiempo para que los tubos respondan al
ajuste y evitar las indicaciones de error de
"interferencia".
Durante cada bucle, el microcontrolador 200 mide
la tensión de balasto mediante el VCO y establece una banderola de
inhibición si la tensión está en el valor máximo. Mientras que esta
acción no provoca directamente un error, se puede comprobar si la
salida del sistema es demasiado baja, pero no puede ser elevada a
causa de la banderola de inhibición. Si el temporizador 100 ha
terminado el tratamiento, el tren de pulsos del VCO no se encontrará
más presente y el microcontrolador 200 vuelve al bucle de detección
de tensión hasta que se inicia un nuevo tratamiento.
Los datos para el módulo de calibración se
establecen con anterioridad a la instalación clínica. La máxima
tensión de balasto admisible para el circuito 210 de detección de
tensión y las señales del sensor 120 de luz visible correspondientes
a los límites mínimo y máximo de regulación, se programa en la
memoria del microcontrolador con la utilización de un algoritmo de
ajuste/ calibración.
Para establecer la máxima tensión de balasto, se
pone en corto un saltador de calibración de tensión en la placa de
circuito impreso, causando que el microcontrolador 200 entre en el
modo de calibración de tensión. Se utiliza un autotransformador de
relación variable para ajustar la tensión de balasto a una
disposición de derivación de transformador que esté por debajo de la
tensión máxima de balasto permisible (127 VAC en una realización
preferida de la presente invención). Poniendo en corto el saltador
de calibración de tensión una segunda vez, almacena tanto este valor
de tensión como una suma de control en la memoria no volátil del
microcontrolador. Cada vez que se pone en corto el saltador de
calibración de tensión el LED de estado de sistema parpadea para
indicar que la acción ha sido completada.
A continuación, se almacenan los límites de
regulación máximo y mínimo en la memoria del microcontrolador
conmutando al modo de calibración óptica. Un optómetro UDT de
referencia (por ejemplo, un medidor de potencia UDT S370, con un
conjunto detector/ difusor de coseno), se coloca en un punto de
referencia. De acuerdo con una realización preferida de la presente
invención, el punto de referencia está a 7.5 cm (3'') de la pantalla
40 de policarbonato en el centro de la zona terapéuticamente activa.
La tensión de balasto se ajusta con un autotransformador de relación
regulable para obtener la irradiación máxima deseada en el
optómetro. La señal de salida correspondiente, procedente del sensor
120 de luz visible, se introduce en la memoria del microcontrolador
como límite de salida máxima. Este procedimiento se repite,
ajustando la salida para obtener la irradiación mínima deseada en el
optómetro y estableciendo el límite mínimo del regulador.
Finalmente, se almacena una suma de control y el microcontrolador
200 vuelve al módulo de establecimiento de conexión de potencia,
comenzando el funcionamiento normal. Al igual que con la calibración
de tensión, el LED de estado de sistema parpadea cada vez que los
datos de calibración son almacenados.
Se ha encontrado que, de acuerdo con una
realización preferida de la presente invención, la salida medida
sobre la zona de emisión activa, está dentro del 70% del máximo
medido cuando se mide con un detector de respuesta coseno a
distancias de 10 cm (4'') y 5 cm (2''), y dentro del 60% del máximo
medido sobre todas las distancias operativas.
Un ejemplo de método de tratamiento para lesiones
pre-cancerígenas, tal como la queratosis actínica,
mediante PDT con la utilización de un iluminador como el descrito
anteriormente, junto con ácido 5-aminolevulínico
(ALA), va a ser descrito ahora.
Se mezcla ALA esencialmente anhidro con un
diluyente líquido, justamente antes de su uso. La mezcla de ALA se
aplica tópicamente a las lesiones utilizando un aplicador puntual
para controlar la dispersión de la mezcla de ALA. Un aplicador
adecuado ha sido descrito en la solicitud de patente U.S. nº
08/962.294 (depositada el 31 de octubre de 1997) y el ALA se discute
mejor, en general, en la solicitud de patente U.S. nº 08/921.664
(depositada el 2 de septiembre de 1997).
Después de que la aplicación inicial de la mezcla
de ALA se ha secado, pueden aplicarse de manera similar una o más
aplicaciones posteriores. Se administran aproximadamente 2
mg/cm^{2} de ALA. La formación de porfirina fotosensible y la
fotosensibilización de las lesiones tratadas, se produce durante las
siguientes 14 - 18 horas, durante cuyo tiempo la exposición a la luz
solar directa, u otras fuentes de luz brillante, debe ser reducida
al mínimo. Entre 14 y 18 horas después de la administración del ALA
las lesiones son irradiadas mediante un iluminador de acuerdo con la
presente invención. El iluminador irradia las lesiones con una luz
azul uniforme durante un período preestablecido. De acuerdo con un
tratamiento preferido, la luz visible tiene una longitud de onda
nominal de 417 nm.
Puesto que la Dosificación de luz total
(J/cm^{2}) = Irradiación (W/cm^{2}) x Tiempo (segundos), el
único parámetro adicional que necesita ser controlado para el
suministro de la dosis correcta de luz de tratamiento es el tiempo
de exposición. Esto se efectúa, en una realización preferida de la
presente invención, mediante el temporizador, el cual controla la
potencia eléctrica suministrada a los balastos que puede ser
establecido por el médico. Los datos han mostrado que 10 J/cm^{2}
suministrados desde una fuente con una densidad de irradiación de 10
mW/cm^{2} producen resultados clínicamente aceptables. A partir de
la ecuación anterior, esta dosis de luz requerirá un tiempo de
exposición de 1000 segundos (16 minutos, 40 segundos). También se
puede administrar una dosis de luz seleccionada mediante la
variación adicional o alternativa de la densidad de irradiación.
Las ventajas y modificaciones adicionales serán
fácilmente deducidas por los expertos en la técnica. Por lo tanto,
la invención en sus más amplios aspectos no está limitada a los
detalles específicos y dispositivos representativos, mostrados y
descritos aquí. En consecuencia, se pueden realizar diversas
modificaciones sin apartarse del alcance del concepto inventivo
general según se define mediante las reivindicaciones anexas.
Claims (41)
1. Iluminador para tratar o diagnosticar
fotodinámicamente una superficie delimitada, que comprende un
alojamiento (30) para soportar una pluralidad de fuentes (10) de luz
que irradian la superficie con una intensidad de luz sustancialmente
uniforme, caracterizado porque las fuentes (10) de luz están
formando una red de fuentes de luz (10(1) a 10(7)),
teniendo cada una de ellas una sección transversal que incluye una
zona (10A) generalmente arqueada y brazos (10B) que se extienden
desde los extremos respectivos de dicha zona (10A) arqueada, estando
las fuentes de luz, en general, adaptadas a la superficie delimitada
y estando irradiando la superficie con luz visible y estando el
alojamiento (30) de manera que soporta la red de fuentes de luz con
respecto a la superficie delimitada.
2. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque cada una de la
pluralidad de fuentes (10) de luz comprende una zona (10A) central
generalmente arqueada y brazos (10B) que se extienden desde los
extremos respectivos de la zona central; y en el que el alojamiento
(30) comprende una abertura para permitir el ingreso / egreso de la
superficie delimitada entre los brazos (10B) hacia la zona (10A)
central.
3. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 2, caracterizado porque la zona (10A) central
es semicircular en general y los brazos (10B) se extienden
generalmente en paralelo uno con otro desde los extremos respectivos
de la zona central (10A).
4. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 2, caracterizado porque la zona (10A) central
arqueada tiene un radio de curvatura de aproximadamente 19
centímetros.
5. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 2, caracterizado porque comprende además un
sistema de refrigeración (32, 42, 52), adaptado para proporcionar
una mayor refrigeración a los brazos (10B) y a los extremos de la
zona central en relación con la zona central (10A).
6. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 5, caracterizado porque comprende además un
reflector (50) que está soportado por el alojamiento (30), e
interpuesto entre el alojamiento (30) y la pluralidad de fuentes de
luz, y
una pantalla (40) que está soportada por el
alojamiento (30) e intercalada entre la pluralidad de fuentes (10)
de luz y la superficie delimitada; en el que,
el sistema de refrigeración incluye: respiraderos
(42) de entrada en la pantalla (40), adaptados para recibir aire del
ambiente;
respiraderos (52) intermedios en el reflector
(50), adaptados para transferir aire ambiental caliente desde una
primera zona comprendida entre el reflector (50) y la pantalla (40)
hasta una segunda zona comprendida entre el reflector (50) y el
alojamiento (30), y
respiraderos (32) de salida en el alojamiento
(30), adaptados para descargar aire ambiental caliente.
7. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 6, caracterizado porque comprende además al
menos un ventilador (70) adaptado para arrastrar aire ambiental a
través de los respiraderos (42) de entrada y expeler el aire
caliente a través de los respiraderos (32) de salida.
8. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 6, caracterizado porque los respiraderos (42)
de entrada incluyen perforaciones en la pantalla (40) próximas a los
extremos libres de los brazos (10B) y los respiraderos intermedios
(52) incluyen perforaciones en el reflector (50) próximas a los
extremos de la zona central (10A).
9. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de
fuentes (10) de luz están generalmente en paralelo unas con otras y
la separación lateral entre las adyacentes de la pluralidad de
fuentes (10) de luz varía a lo largo de la superficie
delimitada.
10. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 9, caracterizado porque la separación lateral
es mayor entre las interiores de la pluralidad de fuentes (10) de
luz que entre las exteriores de la pluralidad de fuentes (10) de
luz.
11. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 10, caracterizado porque el alojamiento (30)
incluye una zona de emisión; y en el que,
la pluralidad de fuentes (10) de luz incluye
siete bombillas fluorescentes (10(1), ..., 10(7)) que
tienen primeras separaciones laterales desde una más interna
(10(4)) de las bombillas fluorescentes, hasta cada bombilla
fluorescente (10(3), 10(5)) adyacente, segundas
separaciones laterales entre las bombillas fluorescentes
(10(2), 10(6)) intermedias y cada bombilla
fluorescente (10(3), 10(5)) adyacente respectiva de
cualquiera de los lados de la más interna (10(4)) de las
bombillas fluorescentes, terceras separaciones laterales entre las
más externas de las bombillas fluorescentes (10(1),
10(7)) y las bombillas fluorescentes (10(2),
10(6)) intermedias adyacentes respectivas y cuartas
separaciones laterales entre las más externas de las bombillas
fluorescentes (10(1), 10(7)) y los bordes del área de
emisión;
y en el que las primeras separaciones laterales
son de aproximadamente 7 centímetros, las segundas separaciones
laterales son de aproximadamente 5 centímetros, las terceras
separaciones laterales son de aproximadamente 3,5 centímetros y las
cuartas separaciones laterales son de aproximadamente 2,5
centímetros.
12. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque las fuentes (10) de
luz generan luz visible generalmente en la región azul en su
totalidad.
13. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 12, caracterizado porque la luz tiene un
longitud de onda nominal de pico de 417 \pm5 nanómetros y un ancho
de banda nominal de 30 nanómetros.
14. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de
fuentes (10) de luz incluye un tubo fluorescente recubierto
interiormente con Sr_{2}P_{2}O_{7}:Eu.
15. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de
fuentes (10) de luz proporcionan un área máxima de emisión total de
aproximadamente 2850 centímetros cuadrados y un área mínima de
emisión terapéuticamente activa de aproximadamente 1350 centímetros
cuadrados.
16. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque comprende además una
pantalla (40) que está soportada por el alojamiento (30) y que está
intercalada entre la pluralidad de fuentes de luz (10) y la
superficie delimitada; en el que,
la irradiación desde la pluralidad de fuentes
(10) de luz sobre un área de emisión activa, a una distancia de
aproximadamente 5 centímetros (2 pulgadas) por fuera de la pantalla
y a una distancia de aproximadamente 10 centímetros (4 pulgadas) por
fuera de la pantalla es de al menos el 70% de la irradiación
máxima.
17. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 16, caracterizado porque la irradiación desde
la pluralidad de fuentes (10) de luz sobre un área de emisión activa
es de al menos el 60% de la irradiación máxima a todas las
distancias operativas desde la pantalla (40).
18. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque la salida de potencia
desde la pluralidad de fuentes (10) de luz es de aproximadamente 9 a
11 milivatios por centímetro cuadrado.
19. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 18, caracterizado porque la salida de potencia
es de aproximadamente 10 milivatios por centímetro cuadrado.
20. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque comprende además una
pantalla (40) que está soportada por el alojamiento (30), e
intercalada entre la pluralidad de fuentes (10) de luz y la
superficie delimitada, con lo que la pantalla (40) está filtrando la
luz ultravioleta emitida desde la pluralidad de fuentes (10) de luz
hacia la superficie delimitada.
21. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 20, caracterizado porque la pantalla (40) está
hecha de policarbonato.
22. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 20, caracterizado porque la pantalla (40)
incluye un difusor de luz.
23. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque comprende además al
menos un circuito eléctrico para alimentar la pluralidad de fuentes
(10) de luz, incluyendo el circuito eléctrico:
un controlador de activación / desactivación,
para proporcionar/ quitar energía a la pluralidad de fuentes (10) de
luz;
un controlador de exposición para quitar energía
a la pluralidad de fuentes de luz después de irradiar la superficie
delimitada con una dosificación seleccionada de luz, y
un balasto (20) para iniciar y mantener la
tensión a través de la pluralidad de fuentes (10) de luz.
24. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 23, caracterizado porque el controlador de
exposición es un temporizador (100), para quitar energía a la
pluralidad de fuentes (10) de luz después de un período
seleccionado.
25. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 24, caracterizado porque el temporizador (100)
incluye al menos un control para establecer un límite de tiempo para
exposición de la superficie delimitada a la luz.
26. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 23, caracterizado porque el al menos un
circuito eléctrico incluye además:
un sensor (120) de luz visible para detectar la
luz desde al menos una de la pluralidad de fuentes (10) de luz y
para disponer a la salida una primera señal correspondiente a la luz
detectada;
un detector para monitorizar la tensión de
entrada al balasto (20) y para disponer a la salida una segunda
señal correspondiente a la tensión de entrada monitorizada;
un transformador (60) para suministrar una
pluralidad de posibles tensiones de entrada al balasto (20);
una red de conmutación para seleccionar una de la
pluralidad de posibles tensiones de entrada para ser suministrada al
balasto (20), y
un procesador para controlar el al menos un
circuito eléctrico y para recibir las primeras y segundas señales y
controlar la red de conmutación; en el que,
el procesador ajusta la tensión de entrada al
balasto (20), para corregir la salida de luz desde la pluralidad de
fuentes (10) de luz con el fin de mantener la intensidad
sustancialmente uniforme de la luz visible que irradia la
superficie.
27. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 26, caracterizado porque el transformador (60)
es un autotransformador reductor / elevador.
28. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 26, caracterizado porque el al menos un
circuito eléctrico, incluye además:
un indicador (112) para indicar el estado del
iluminador y que está controlado por el procesador.
29. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 23, caracterizado porque el controlador de
activación / desactivación incluye:
un conmutador (80) principal de potencia, para
controlar la entrada de potencia desde una fuente externa, y
un conmutador (90) de llave, para restringir el
uso no autorizado del iluminador.
30. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque comprende además:
un sensor (120) de luz visible, que está
soportado por el alojamiento (30);
un reflector (50) que está soportado por el
alojamiento (30) y que está intercalado entre el sensor (120) de luz
visible y la pluralidad de fuentes de luz (10(3),
10(4), 10(5));
una primera abertura (122(4)) en el
reflector (50), adaptada para admitir luz visible procedente de una
(10(4)) de la pluralidad de fuentes de luz al sensor (120) de
luz visible, con lo que la primera abertura (122(4) está
separada del sensor (120) de luz visible por una primera distancia y
disponiendo de una primera área en sección transversal, y
una segunda abertura (122(3)) en el
reflector (50), adaptada para admitir luz visible procedente de una
segunda (10(3)) de la pluralidad de fuentes de luz para el
sensor (120) de luz visible, con lo que la segunda abertura
(122(3)) está separada del sensor (120) de luz visible por
una segunda distancia y teniendo una segunda área en sección
transversal;
en el que la relación de la primera y la segunda
áreas en sección transversal es proporcional a los cuadrados
inversos de la primera y la segunda distancias, y
en el que el sensor (120) de luz visible está
adaptado para monitorizar la salida de luz desde la primera y la
segunda de las fuentes (10) de luz y para disponer a la salida una
señal para ajuste de la salida de luz visible procedente de la
pluralidad de fuentes de luz con el fin de proporcionar luz visible
de intensidad sustancialmente uniforme, que irradie la superficie
delimitada.
31. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 30, caracterizado porque comprende además:
una tercera abertura (122(5)) en el
reflector (50), adaptada para admitir luz visible procedente de una
tercera (10(5)) de la pluralidad de fuentes de luz para el
sensor (120) de luz visible, estando la tercera abertura
(122(5)) separada del sensor (120) de luz visible por una
tercera distancia y teniendo una tercera área en sección
transversal;
en el que la segunda (10(3)) y la tercera
(10(5)) de la pluralidad de fuentes de luz, están
sustancialmente equiespaciadas de los lados opuestos de la primera
10(4)) de la pluralidad de fuentes de luz, con lo que la
segunda y tercera distancias son sustancialmente iguales y la
segunda y tercera áreas en sección transversal son sustancialmente
iguales, y
en el que el sensor (120) de luz visible está
adaptado para monitorizar la salida de luz procedente de la primera,
la segunda y la tercera de la pluralidad de fuentes de luz y para
disponer a la salida una señal para ajuste de la salida de luz
visible procedente de la pluralidad de fuentes de luz, con el fin de
proporcionar luz visible de intensidad sustancialmente uniforme, que
irradie la superficie delimitada.
32. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque para emular un emisor
de plano infinito se proporciona:
un área emisora que posee un perímetro, y
una pluralidad de fuentes (10) de luz que son
generalmente paralelas unas con otras y que están adaptadas para
irradiar luz de intensidad sustancialmente uniforme desde el área de
emisión;
en el que una primera separación lateral entre
fuentes adyacentes de la pluralidad de fuentes (10) de luz varía con
respecto al perímetro.
33. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 32, caracterizado porque la primera separación
lateral es mayor entre las fuentes adyacentes de la pluralidad de
fuentes (10) de luz distales del perímetro, que entre las fuentes
adyacentes de la pluralidad de fuentes (10) de luz proximales al
perímetro.
34. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 32, caracterizado porque la pluralidad de
fuentes (10) de luz incluye:
un primer par (10(1), 10(7)) de
fuentes de luz que se extienden en paralelo una con otra y que están
separadas del perímetro por una primera distancia;
un segundo par (10(2), 10(6)) de
fuentes de luz que se extienden en paralelo con el primer par y que
están separadas de las correspondientes del primer par por una
segunda distancia lateral;
un tercer par (10(3), 10(5)) de
fuentes de luz que se extienden en paralelo con el primer y el
segundo pares y que están separadas de las correspondientes del
segundo par por una tercera distancia lateral, y
al menos una fuente (10(4)) de luz
central, que se extiende en paralelo con el primer, segundo y tercer
pares y que está distanciada de las fuentes de luz adyacentes por
una cuarta separación lateral;
en el que la primera, la segunda, la tercera y la
cuarta separaciones laterales tienen relaciones de separación
relativas de aproximadamente 2,5:3,5:5:7, respectivamente.
35. Iluminador según se reivindica en cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, adaptado para ser utilizado para
irradiar una superficie delimitada, a la que se ha aplicado
tópicamente ácido 5-aminolevulínico, sustancialmente
con luz comprendida en la región de longitud de onda azul.
36. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 35, caracterizado porque la irradiación
comprende aproximadamente 1000 segundos de una luz que tiene una
longitud de onda de pico nominal de 417 \pm5 nanómetros y un ancho
de banda nominal de 30 nanómetros.
37. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque la luz de irradiación
está sustancialmente comprendida en su totalidad dentro de la región
visible.
38. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque el alojamiento (30)
comprende una abertura para permitir el ingreso / egreso de la
superficie delimitada entre los brazos (10B) hacia la zona central
(10A).
39. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque el iluminador está
configurado para iluminar la superficie delimitada con una
intensidad sustancialmente uniforme de luz visible.
40. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque la red de fuentes de
luz (10(1) a 10(7)) posee un eje longitudinal y la
abertura entre los brazos (10B) está configurada para permitir el
movimiento relativo de un paciente perpendicularmente a dicho eje
longitudinal.
41. Iluminador según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque la red de fuentes de
luz (10(1) a 10(7)) está configurada para iluminar la
cara de un paciente.
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