RU2424009C1 - Interstitial laser hyperthermia and photodynamic therapy apparatus and method - Google Patents

Interstitial laser hyperthermia and photodynamic therapy apparatus and method Download PDF

Info

Publication number
RU2424009C1
RU2424009C1 RU2009143044/14A RU2009143044A RU2424009C1 RU 2424009 C1 RU2424009 C1 RU 2424009C1 RU 2009143044/14 A RU2009143044/14 A RU 2009143044/14A RU 2009143044 A RU2009143044 A RU 2009143044A RU 2424009 C1 RU2424009 C1 RU 2424009C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
laser
tissue
cooling
laser radiation
Prior art date
Application number
RU2009143044/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009143044A (en
Inventor
Владимир Николаевич Курлов (RU)
Владимир Николаевич Курлов
Виктор Борисович Лощенов (RU)
Виктор Борисович Лощенов
Татьяна Александровна Савельева (RU)
Татьяна Александровна Савельева
Виктор Викторович Соколов (RU)
Виктор Викторович Соколов
Владимир Леонидович Филинов (RU)
Владимир Леонидович Филинов
Елена Вячеславовна Филоненко (RU)
Елена Вячеславовна Филоненко
Сергей Александрович Шевчик (RU)
Сергей Александрович Шевчик
Ирина Алексеевна Шикунова (RU)
Ирина Алексеевна Шикунова
Антон Николаевич Окушко (RU)
Антон Николаевич Окушко
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт общей физики им. П.А. Прохорова РАН (ИОФ РАН)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК")
Учреждение Российской академии наук ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА РАН (ИФТТ РАН)
Федеральное государственное учреждение "Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи" (ФГУ "МНИОИ им. П.А. Герцена Росмедтехнологий")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт общей физики им. П.А. Прохорова РАН (ИОФ РАН), Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК"), Учреждение Российской академии наук ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА РАН (ИФТТ РАН), Федеральное государственное учреждение "Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи" (ФГУ "МНИОИ им. П.А. Герцена Росмедтехнологий") filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт общей физики им. П.А. Прохорова РАН (ИОФ РАН)
Priority to RU2009143044/14A priority Critical patent/RU2424009C1/en
Publication of RU2009143044A publication Critical patent/RU2009143044A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2424009C1 publication Critical patent/RU2424009C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: group of inventions refers to medicine and medical equipment, namely to methods for conducting interstitial laser hyperthermia and photodynamic therapy of malignant neoplasms located under skin or in soft tissues, and apparatuses to implement said method. The apparatus comprises a laser emitter, an attached light guide, a cooling assembly for contact cooling of a tissue surface, a coolant supply means and a temperature recording device. The latter comprises an infrared chamber connected to a data displaying and processing unit connected with the laser emitter and the coolant supply means. The cooling assembly represents a seal unit with two sapphire windows. They are separated with a hollow for coolant supply. The light guide is fastened on a seal box by a bushing via a threaded connection. The data displaying and processing unit calculates a temperature value at the preset depth directly under the cooling assembly and regulates the power of the laser emitter and the rate of coolant supply by the means. The given apparatus is used in the laser hyperthermia and PDT method. The temperature is recorded on the tissue surface along the perimetre of the cooling assembly and/or at the certain distance therefrom. The input and output coolant temperature is recorded. The measured temperature values are used to derive the temperature directly under the cooling assembly at the preset depth. The temperature under the cooling assembly at the set depth is changed to the required value by regulating the laser emission power and/or coolant supply rate.
EFFECT: use of the group of inventions will allow higher effectiveness of laser hyperthermia and PDT of the malignant neoplasms located under skin or in soft tissues due to nonuniform tissue heating, enabled emission regulation of a temperature gradient position in the depth of the tissue, more effective radiation delivery, minimised skin injuries.
8 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области медицины, а именно к онкологии и дерматологии, и может быть использовано для проведения лазерной гипертермии и фотодинамической терапии злокачественных новообразований, а именно расположенных под кожей или в мягких тканях.The invention relates to medicine, namely to oncology and dermatology, and can be used for laser hyperthermia and photodynamic therapy of malignant neoplasms, namely located under the skin or in soft tissues.

Методами воздействия на локализованные опухолевые узлы являются фотодинамическая терапия (ФДТ) и лазерная гипертермия (ЛГ) с использованием энергии лазерного излучения для разрушения клеток опухоли. При ФДТ действие энергии лазерного излучения применяется в сочетаниии с введением пациенту специальных препаратов - фотосенсибилизаторов (ФС), которые избирательно накапливаются клетками опухоли. Возбужденный ФС, концентрация которого на порядок выше в раковых клетках, чем в здоровых, катализирует фотохимическую реакцию, которая приводит к гибели клеток опухоли. При этом сохраняется каркас ткани из здоровых клеток.Methods of exposure to localized tumor nodes are photodynamic therapy (PDT) and laser hyperthermia (LH) using the energy of laser radiation to destroy tumor cells. In PDT, the action of laser radiation energy is used in combination with the introduction of special drugs to the patient - photosensitizers (PS), which are selectively accumulated by tumor cells. Excited PS, whose concentration is an order of magnitude higher in cancer cells than in healthy ones, catalyzes a photochemical reaction that leads to the death of tumor cells. At the same time, the tissue framework from healthy cells is preserved.

В случае ЛГ энергия лазерного излучения используется для разогрева опухолевого узла за счет поглощения излучения красителями ткани (в основном гемоглобином). Нагрев ткани до температуры 42-43°С ведет к избирательному повреждению злокачественных клеток. Нагрев ткани до температуры, превышающей 60°С, ведет к необратимым изменениям в биологических тканях.In the case of LH, the laser radiation energy is used to heat the tumor site by absorbing radiation with tissue dyes (mainly hemoglobin). Heating the tissue to a temperature of 42-43 ° C leads to selective damage to malignant cells. Heating tissue to a temperature exceeding 60 ° C leads to irreversible changes in biological tissues.

ФДТ и ЛГ могут использоваться совместно. Однако возможности ФДТ и ЛГ значительно ограничиваются при расположении патологии на некоторой глубине. Также при внешней ФДТ в ряде случаев возникает необходимость более глубокого воздействия - поражения ложи опухоли для предотвращения метастазирования. Основная проблема, возникающая в случае внешнего облучения (без прокалывания и введения световода под кожу), связана с созданием необходимой плотности световой энергии на некоторой глубине в мягких тканях без повреждения внешних слоев кожи или органа. Биологические ткани, как оптические среды, являются сильно рассеивающими и обладают высоким поглощением излучения длин волн, используемых в ФДТ и ЛГ. Это приводит к поглощению основной части излучения в приповерхностном слое, энергия которого преобразуется в тепло, и является причиной быстрого затухания распространяющегося вглубь ткани излучения. Выделяющееся тепло может привести к термическому ожогу кожи или поверхности органа и длительным болевым ощущениям после процедуры, при наличии остаточной концентрации ФС в коже возможен нежелательный ФДТ-эффект в приповерхностных слоях здоровой ткани.PDT and LH can be used together. However, the possibilities of PDT and LH are significantly limited when the pathology is located at a certain depth. Also, with external PDT, in some cases there is a need for a deeper effect - damage to the tumor bed to prevent metastasis. The main problem that arises in the case of external radiation (without piercing and inserting a fiber under the skin) is associated with the creation of the necessary density of light energy at a certain depth in soft tissues without damaging the outer layers of the skin or organ. Biological tissues, as optical media, are highly scattering and have a high absorption of radiation from the wavelengths used in PDT and LG. This leads to the absorption of the main part of the radiation in the surface layer, the energy of which is converted into heat, and is the reason for the fast attenuation of the radiation propagating deep into the tissue. The heat generated can lead to a thermal burn of the skin or organ surface and prolonged pain after the procedure, in the presence of a residual concentration of PS in the skin, an undesirable PDT effect in the surface layers of healthy tissue is possible.

Для защиты кожи или поверхности органа используют охлаждение кожи, которое может проводиться перед началом облучения (распылением хладагента или одновременно с облучением через прозрачные охлаждаемые окна (например, из сапфира), используют также нанесение «просветляющих» верхние слои ткани гелей и т.д. Охлаждение поверхности не только повышает болевой порог, но позволяет смещать область некротического перегрева вглубь ткани, позволяя разрушать подкожные патологии с сохранением кожи.To protect the skin or the surface of the organ, skin cooling is used, which can be carried out before irradiation (by spraying the refrigerant or simultaneously with radiation through transparent cooled windows (for example, sapphire)), the application of “antireflective” upper layers of tissue gels, etc. Cooling surface not only increases the pain threshold, but allows you to shift the area of necrotic overheating deep into the tissue, allowing you to destroy subcutaneous pathology while preserving the skin.

Существует необходимость в устройствах для проведения внутритканевой лазерной гипертермии и фотодинамической терапии, содержащих средства измерения температуры на требуемой глубине как в случае лазерной гипертермии, где ответственным фактором является значение достигнутой температуры, так и в случае фотодинамической терапии, где недопустимо превышение некоторого уровня температуры, приводящее к изменению оптических параметров ткани, случайному искажению светового поля и т.д.There is a need for devices for interstitial laser hyperthermia and photodynamic therapy, containing means for measuring temperature at the required depth both in the case of laser hyperthermia, where the value of the achieved temperature is a responsible factor, and in the case of photodynamic therapy, where an excess of a certain temperature level is unacceptable, leading to a change in the optical parameters of the tissue, random distortion of the light field, etc.

В существующих устройствах предусмотрены устройства определения температуры на поверхности ткани в виде термодатчика и возможно оснащение устройством для расчета температурного поля вглубь ткани в зависимости от времени охлаждения, параметров лазерного излучения. Используется также устройство неконтактного измерение температуры на поверхности ткани с помощью инфракрасной камеры.The existing devices provide devices for determining the temperature on the surface of the tissue in the form of a temperature sensor and it is possible to equip a device for calculating the temperature field deep into the tissue depending on the cooling time, laser radiation parameters. A non-contact device for measuring temperature on the surface of the fabric using an infrared camera is also used.

Известное устройство для динамического охлаждения биологических тканей во время лазерного воздействия [заявка WO 01/13811 А1, публ. 01.03.2001] содержит источник лазерного излучения, световод для доставки лазерного излучения, устройство распыления хладагента из резервуара и насос, быстрый инфракрасный детектор, причем оптическая ось световода, оптическая ось инфракрасного детектора и направление распыления насоса пересекаются в плоскости облучения на поверхности биологической ткани. Инфракрасный детектор связан с цифровым устройством управления задержкой, имеющим управляющие выводы к насосу устройства распыления хладагента и источнику лазерного излучения.A known device for the dynamic cooling of biological tissues during laser exposure [application WO 01/13811 A1, publ. 03/01/2001] contains a laser radiation source, a fiber for delivering laser radiation, a device for spraying refrigerant from the tank and a pump, a fast infrared detector, the optical axis of the optical fiber, the optical axis of the infrared detector and the spraying direction of the pump intersecting in the irradiation plane on the surface of the biological tissue. An infrared detector is coupled to a digital delay control device having control leads to a pump of a refrigerant atomization device and a laser source.

Недостатком данного устройства является невозможность использования в качестве источника лазерного излучения лазера с непрерывным режимом генерации для проведения ФДТ и ЛГ.The disadvantage of this device is the inability to use as a source of laser radiation a laser with a continuous generation mode for PDT and LG.

Также недостатком устройства является ограниченное время в цикле, в течение которого ткань остается охлажденной, что ограничивает значение дозы энергии, которая может быть сообщена подкожному образованию, т.е. область применения устройства ограничена лечением точечных подкожных образований.Another disadvantage of the device is the limited time in the cycle during which the tissue remains cooled, which limits the value of the dose of energy that can be communicated to the subcutaneous formation, i.e. the scope of the device is limited to the treatment of point subcutaneous formations.

Известен способ динамического охлаждения биологических тканей во время лазерного воздействия [заявка WO 01/13811 А1, публ. 01.03.2001], при этом последовательно проводят одну или несколько операций охлаждения кожи дозированным распылением жидкого хладагента с регистрацией температуры на поверхности, облучения лазерным излучением в течение ограниченного времени или последовательностью импульсов лазерного излучения, различные комбинации этих операций.A known method of dynamic cooling of biological tissues during laser exposure [application WO 01/13811 A1, publ. 03/01/2001], in this case one or several skin cooling operations are carried out sequentially by dosing a liquid refrigerant with temperature registration at the surface, laser irradiation for a limited time or a sequence of laser pulses, various combinations of these operations.

Недостатком данного метода является то, что необходимость в чередовании операций делает невозможной гибкое адаптивное регулирование глубины и степени воздействия на биологические ткани, оптические и теплопроводные свойства которых варьируются значительно для разных органов от пациента к пациенту.The disadvantage of this method is that the need for alternating operations makes flexible adaptive regulation of the depth and degree of influence on biological tissues impossible, the optical and heat-conducting properties of which vary significantly for different organs from patient to patient.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является устройство для лечения кожных и подкожных образований [заявка US 2004/0073079 A1, публ. 15.04.2004]. Устройство включает источник лазерного излучения, световод, охлаждающий элемент в виде сапфировой пластины, устройство для подачи охлаждающей жидкости, устройство контроля, точечный контактный датчик температуры, расположенный на краю охлаждающей пластины, связанный с устройством контроля, которое в свою очередь имеет канал управления источником лазерного излучения и устройством для подачи охлаждающей жидкости.The closest in the set of essential features and the achieved technical result is a device for the treatment of skin and subcutaneous formations [application US 2004/0073079 A1, publ. 04/15/2004]. The device includes a laser radiation source, a light guide, a sapphire plate-shaped cooling element, a coolant supply device, a monitoring device, a point contact temperature sensor located on the edge of the cooling plate, connected to a monitoring device, which in turn has a laser radiation source control channel and a coolant supply device.

Устройство формирует зоны теплового повреждения под кожей воздействием лазерного излучения с одновременным охлаждением поверхности кожи, непрерывно контролируя температуру кожи в процессе облучения во избежание опасного перегрева точечным контактным датчиком температуры.The device forms zones of thermal damage under the skin by laser radiation with simultaneous cooling of the skin surface, continuously monitoring the skin temperature during irradiation in order to avoid dangerous overheating by a point contact temperature sensor.

Недостатком данного устройства является применение точечного датчика температуры. Малая область контроля температуры в случае попадания точечного датчика в положение, когда он измеряет температуру, менее поглощающего световую энергию участка, а значит менее нагретого, ведет к риску теплового повреждения участков кожи с высоким поглощением и более высокой наведенной температурой, находящихся вне точечной зоны контроля температуры. Это ограничивает применение устройства для внутритканевой лазерной гипертермии и фотодинамической терапии тканей при наличии злокачественного процесса, особенно после предварительного хирургического лечения, когда оптические характеристики ткани в разных точках, их параметры теплопереноса могут варьироваться.The disadvantage of this device is the use of a point temperature sensor. A small temperature control area in the event that a point sensor falls into a position where it measures a temperature that is less absorbing in the light energy of the area, and therefore less heated, leads to the risk of thermal damage to areas of the skin with high absorption and higher induced temperature outside the temperature control point . This limits the use of the device for interstitial laser hyperthermia and photodynamic therapy of tissues in the presence of a malignant process, especially after preliminary surgical treatment, when the optical characteristics of the tissue at different points, their heat transfer parameters can vary.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является способ для проведения лазерной гипертермии сосудов, жировых клеток и других компонентов высокоинтенсивным лазерным излучением с охлаждением поверхности, при этом заданная температура на заданной глубине ткани обеспечивается управлением мощностью лазерного излучения, а регулирование температуры кожи в зоне облучения на требуемом уровне обеспечивается путем одновременного изменения как скорости потока охлаждающей пластину жидкости, так и управлением мощностью лазерного излучения [заявка US 2004/0073079 А1, публ. 15.04.2004]. Важным обстоятельством, учитываемым во всем спектре применений данного устройства, является защита от перегрева верхних слоев дермы, для чего непрерывно измеряют температуру кожи, в том числе при облучении больших поверхностей со смещением зоны гипертермии вдоль какого-либо направления.The closest in the set of essential features and the technical result achieved is a method for carrying out laser hyperthermia of blood vessels, fat cells and other components with high-intensity laser radiation with surface cooling, while the specified temperature at a given tissue depth is provided by controlling the laser radiation power, and regulating the skin temperature in the zone irradiation at the required level is ensured by simultaneously changing the flow rate of the liquid spine, and power control of the laser radiation [Application US 2004/0073079 A1, publ. 04/15/2004]. An important circumstance taken into account in the entire spectrum of applications of this device is protection against overheating of the upper layers of the dermis, for which the skin temperature is continuously measured, including when irradiating large surfaces with a shift of the hyperthermia zone along any direction.

Недостатком данного способа является отсутствие учета возможных неравномерностей нагрева тканей, вызываемых среди прочего неодинаковым уровнем дозы, сообщенной ткани при смещении зоны прогрева. Другим недостатком способа является узкая ориентация температурного контроля на «непревышение» некоторой критической температуры на поверхности кожи, а режим воздействия для деструкции «целей» выбирается из рекомендованных до начала облучения, что делает невозможной динамическую регулировку глубины и степени воздействия во время облучения.The disadvantage of this method is the lack of consideration of possible irregularities in tissue heating caused, inter alia, by an unequal dose level of the reported tissue when the heating zone is shifted. Another disadvantage of this method is the narrow orientation of the temperature control to "not exceed" a certain critical temperature on the skin surface, and the exposure mode for the destruction of the "targets" is selected from those recommended before irradiation, which makes it impossible to dynamically adjust the depth and degree of exposure during irradiation.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании устройства и способа проведения фотодинамической терапии и лазерной гипертермии.The problem to which the invention is directed, is to create a device and method for conducting photodynamic therapy and laser hyperthermia.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении эффективности гипертермии и ФДТ злокачественных новообразований, расположенных под кожей или в мягких тканях, за счет:The technical result achieved by the implementation of the claimed invention is to increase the effectiveness of hyperthermia and PDT of malignant neoplasms located under the skin or in soft tissues, due to:

учета возможного неравномерного нагревания облучаемой области ткани,allowance for possible uneven heating of the irradiated tissue region,

возможности регулирования положения температурного градиента в глубине ткани в процессе облучения,the ability to control the position of the temperature gradient in the depth of the tissue during irradiation,

более эффективной доставки лазерного излучения непосредственно к новообразованию,more efficient delivery of laser radiation directly to the neoplasm,

минимизации повреждения кожи в зоне облучения,minimizing skin damage in the irradiation zone,

существенного снижения болевого синдрома при применении высоких мощностей лазерного облучения,a significant reduction in pain when using high laser radiation powers,

более точного расположения облучающего световода относительно узловой подкожной опухоли.more accurate location of the irradiating fiber relative to the subcutaneous nodular tumor.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для проведения лазерной гипертермии и/или фотодинамической терапии, включающее источник лазерного облучения, соединенный с ним световод, охлаждающий узел для контактного охлаждения поверхности ткани, средство подачи охлаждающей жидкости, устройство регистрации температуры, включающее инфракрасную камеру, подключенную к средству отображения и обработки информации, связанному с источником лазерного излучения и средством подачи охлаждающей жидкости, при этом средство обработки информации выполнено с возможностью расчета температуры на заданной глубине непосредственно под охлаждающим узлом по значению температуры на поверхности ткани по периметру устройства охлаждающего узла и/или на некотором расстоянии от него, с возможностью управления мощностью источника лазерного излучения и скоростью подачи охлаждающей жидкости средством для подачи охлаждающей жидкости в зависимости от полученного результата расчета.The specified technical result is achieved due to the fact that the device for carrying out laser hyperthermia and / or photodynamic therapy, including a laser radiation source, a fiber connected to it, a cooling unit for contact cooling of the tissue surface, means for supplying a cooling liquid, a temperature recording device, including an infrared camera connected to the means of display and processing of information associated with the source of laser radiation and means for supplying coolant, while The information processing is arranged to calculate the temperature at a given depth directly below the cooling unit by the temperature value on the fabric surface along the perimeter of the device of the cooling unit and / or at a certain distance from it, with the ability to control the power of the laser radiation source and the feed rate of the coolant by means of supply coolant, depending on the result of the calculation.

Наличие средства отображения и обработки информации, связанного с источником лазерного излучения и средством подачи охлаждающей жидкости в зону охлаждения, при этом средство обработки информации выполнено с возможностью расчета температуры на заданной глубине по параметрам температуры на поверхности ткани и с возможностью управления мощностью источника лазерного излучения и скоростью подачи охлаждающей жидкости в зависимости от полученного результата расчета позволяет управлять процессом прогрева ткани на заданную глубину в автоматическом режиме с учетом возможного неравномерного нагревания облучаемой области ткани, охлаждающий узел выполнен в виде герметичного бокса с двумя сапфировыми окнами - верхним и нижним, между которыми находится полость для охлаждающей жидкости, подаваемой средством подачи охлаждающей жидкости, оптический световод установлен с возможностью крепления на герметичном боксе при помощи втулки на резьбовом соединении.The presence of means for displaying and processing information associated with the laser radiation source and means for supplying coolant to the cooling zone, while the information processing means is configured to calculate the temperature at a given depth by temperature parameters on the surface of the fabric and with the ability to control the power of the laser radiation source and speed coolant supply, depending on the calculation result, allows you to control the process of heating the fabric to a predetermined depth in the car In the mathematical mode, taking into account the possible uneven heating of the irradiated tissue area, the cooling unit is made in the form of a sealed box with two sapphire windows - upper and lower, between which there is a cavity for the coolant supplied by the coolant supply means, the optical fiber is mounted with the possibility of mounting on an airtight box with a sleeve on a threaded connection.

Кроме того, средство отображения и обработки информации содержит устройство отображения дозы.In addition, the information display and processing means comprises a dose display device.

Кроме того, световод содержит, по меньшей мере, одно доставляющее излучение оптическое волокно и, по меньшей мере, одно диагностическое волокно, соединенное со средством спектроскопической диагностики.In addition, the optical fiber contains at least one radiation-delivering optical fiber and at least one diagnostic fiber connected to a spectroscopic diagnostic tool.

Также технический результат достигается за счет того, что способ проведения лазерной гипертермии и фотодинамической терапии включает облучение ткани лазерным излучением с одновременным охлаждением облучаемой ткани, при этом в процессе облучения поверхности ткани и/или охлаждения поверхности ткани непрерывно регистрируют температуру на поверхности ткани по периметру охлаждающего узла на некотором расстоянии от него, температуру охлаждающей жидкости, поступающей в охлаждающий узел, температуру охлаждающей жидкости на выходе из охлаждающего узла, после чего с использованием измеренных значений температур по заданному алгоритму рассчитывают температуру непосредственно под охлаждающим узлом на заданной глубине, после чего изменяют температуру под охлаждающим узлом на заданной глубине до требуемой температуры путем изменения мощности лазерного излучения и/или скорости подачи охлаждающей жидкости в соответствии с заданным алгоритмом.The technical result is also achieved due to the fact that the method of carrying out laser hyperthermia and photodynamic therapy involves irradiating the tissue with laser radiation while cooling the irradiated tissue, while during the irradiation of the tissue surface and / or cooling of the tissue surface, the temperature on the tissue surface is continuously recorded around the perimeter of the cooling unit at a certain distance from it, the temperature of the coolant entering the cooling unit, the temperature of the coolant at the outlet of the cool the waiting unit, after which, using the measured temperature values, the temperature is calculated directly below the cooling unit at a predetermined depth, and then the temperature under the cooling unit is changed at a predetermined depth to the desired temperature by changing the laser radiation power and / or coolant supply speed in accordance with with the given algorithm.

Кроме того, облучение ткани проводят постоянным лазерным излучением, необходимым для метода ФДТ, во время проведения фотодинамической терапии производится вычисление суммарной дозы лазерного излучения на единицу объема на требуемой глубине, являющейся основным параметром ФДТ.In addition, the tissue is irradiated with the constant laser radiation necessary for the PDT method. During photodynamic therapy, the total dose of laser radiation per unit volume at the required depth is calculated, which is the main parameter of PDT.

Кроме того, измерение температуры на поверхности ткани по периметру охлаждающего узла и/или на некотором расстоянии от него, температуры охлаждающей жидкости, поступающей в охлаждающий узел, температуры охлаждающей жидкости на выходе из охлаждающего узла осуществляют посредством инфракрасной камеры, соединенной со средством отображения и обработки информации.In addition, the temperature measurement on the surface of the fabric around the perimeter of the cooling unit and / or at a certain distance from it, the temperature of the cooling liquid entering the cooling unit, the temperature of the cooling liquid at the outlet of the cooling unit is carried out by means of an infrared camera connected to the information display and processing means .

Кроме того, в процессе лазерной гипертермии и фотодинамической терапии проводят спектроскопическую диагностику.In addition, spectroscopic diagnostics is carried out during laser hyperthermia and photodynamic therapy.

Предлагаемое устройство и способ иллюстрируются нижеперечисленными чертежами:The proposed device and method are illustrated by the following drawings:

фиг.1 - Устройство для проведения лазерной гипертермии и/или фотодинамической терапии.figure 1 - Device for laser hyperthermia and / or photodynamic therapy.

фиг.2 - Отображение системой регистрации температуры с разметкой для расчета температур маркерами определения температуры охлаждающей жидкости (2) и температуры в окрестности сапфирового окна охлаждающего узла (3).figure 2 - Display of a temperature registration system with markings for calculating temperatures with markers to determine the temperature of the coolant (2) and the temperature in the vicinity of the sapphire window of the cooling unit (3).

фиг.3 - Варианты расположения и формы маркеров линейных (1, 2), зонного (3), двухзонного (4).figure 3 - Options for the location and shape of the markers linear (1, 2), zone (3), dual-zone (4).

фиг.4 - Адаптивное управление в замкнутом цикле.figure 4 - Adaptive control in a closed loop.

Устройство для проведения лазерной гипертермии и фотодинамической терапии подкожных новообразований (фиг.1) содержит источник лазерного излучения 1, световод 2, охлаждающий узел 3, включающий герметичный бокс 9 с нижним и верхним сапфировыми окнами 4 и 4а, втулкой 11 и резьбовым соединением 12, средство для подачи охлаждающей жидкости 5. Дистальный конец световода 2 располагается перпендикулярно верхнему сапфировому окну 4 охлаждающего узла 3. Световод 2 может включать в себя, по меньшей мере, одно излучающее оптическое волокно 2а и, по меньшей мере, одно диагностирующее оптическое волокно 2б, подключенное к средству спектроскопической диагностики 10. Устройство также содержит устройство регистрации температуры 6, включающее инфракрасную камеру 7 и средство отображения и обработки информации 8. Средство отображения и обработки информации 8 связано с источником 1 лазерного излучения и средством подачи охлаждающей жидкости 5. Световод 2 крепится на герметичном боксе 9 втулкой 11 посредством резьбового соединения 12.A device for carrying out laser hyperthermia and photodynamic therapy of subcutaneous neoplasms (Fig. 1) contains a laser source 1, a light guide 2, a cooling unit 3, including a sealed box 9 with lower and upper sapphire windows 4 and 4a, a sleeve 11 and a threaded connection 12, means for supplying coolant 5. The distal end of the light guide 2 is perpendicular to the upper sapphire window 4 of the cooling unit 3. The light guide 2 may include at least one radiating optical fiber 2a and at least re, one diagnostic optical fiber 2b connected to a spectroscopic diagnostic tool 10. The device also includes a temperature recording device 6, including an infrared camera 7 and information display and processing means 8. Information display and processing means 8 is connected to a laser radiation source 1 and a supply means coolant 5. The light guide 2 is mounted on an airtight box 9 by a sleeve 11 by means of a threaded connection 12.

Предлагаемое устройство работает следующим образом: на поверхность ткани над облучаемым опухолевым узлом устанавливают охлаждающий узел 3 таким образом, чтобы сапфировое окно 4 герметичного бокса 9 было плотно прижато к поверхности ткани, и предварительно охлаждают поверхность ткани путем подачи средством 5 охлаждающей жидкости в полость между двумя сапфировыми окнами 4 и 4а герметичного бокса 9. После охлаждения поверхности ткани начинают ее облучение через сапфировые окна 4 и 4а оптическим волокном световода 2а, соединенным с источником лазерного излучения 1. При этом область облучения и/или охлаждения поверхности ткани располагается в поле зрения инфракрасной камеры 7, осуществляющей регистрацию температуры ткани, по периметру охлаждающего узла 3 и/или в зоне, находящейся вблизи зоны облучения. Изображение инфракрасной камеры, каждый пиксель которого несет информацию о температуре объекта, передается на средство обработки и отображения информации 8. Средство обработки и отображения информации 8 по значениям максимальной или средней температуры вдоль назначенных оператором маркеров на изображении (фиг.2) и текущему уровню мощности непрерывного лазерного излучения с учетом его длины волны по заданному алгоритму рассчитывает текущее значение температуры на требуемой глубине воздействия. Маркеры температуры вблизи охлаждающего узла в зависимости от условий облучения могут задаваться линейными, зонными, двухзонными (фиг.3). Далее осуществляют управление мощностью лазерного излучения и/или скоростью потока охлаждающей жидкости таким образом, чтобы обеспечить равенство текущей температуры требуемой температуре прогрева ткани на заданной глубине. Регулирование диаметра лазерного пятна под окном 4 производится путем смещения втулки 11 в резьбовом соединении 12. Диагностирующее оптическое волокно 2а передает оптический сигнал из зоны облучения на средство спектроскопической диагностики 10, где он обрабатывается путем оценки биохимического состояния/состава ткани для планирования дальнейшего терапевтического облучения, контроля правильности выбора положения световода 2 относительно биологической ткани.The proposed device operates as follows: on the tissue surface above the irradiated tumor node, a cooling unit 3 is installed so that the sapphire window 4 of the airtight box 9 is firmly pressed against the surface of the fabric, and the surface of the fabric is pre-cooled by applying coolant 5 to the cavity between the two sapphire windows 4 and 4a of the airtight box 9. After cooling the surface of the fabric, it is irradiated through sapphire windows 4 and 4a with an optical fiber of the light guide 2a connected to the source laser radiation 1. In this case, the area of irradiation and / or cooling of the tissue surface is located in the field of view of the infrared camera 7, which records the temperature of the tissue, along the perimeter of the cooling unit 3 and / or in the area located near the irradiation zone. The image of the infrared camera, each pixel of which carries information about the temperature of the object, is transmitted to the means for processing and displaying information 8. The means for processing and displaying information 8 according to the values of the maximum or average temperature along the markers assigned by the operator in the image (figure 2) and the current power level of the continuous laser radiation, taking into account its wavelength according to a given algorithm, calculates the current temperature value at the desired exposure depth. Temperature markers near the cooling unit, depending on the irradiation conditions, can be specified linear, zone, dual-zone (figure 3). Next, control the power of the laser radiation and / or the flow rate of the coolant in such a way as to ensure that the current temperature is equal to the desired temperature for heating the fabric at a given depth. The diameter of the laser spot under the window 4 is controlled by displacing the sleeve 11 in the threaded connection 12. The diagnostic optical fiber 2a transmits the optical signal from the irradiation zone to the spectroscopic diagnostic tool 10, where it is processed by assessing the biochemical state / composition of the tissue to plan further therapeutic exposure, control the correct choice of the position of the optical fiber 2 relative to the biological tissue.

Пример реализации способа управления проиллюстрирован на фиг.4. Реализуется адаптивное управление в замкнутом цикле. Предварительно врачом задаются данные, такие как требуемая температура (То) на требуемой глубине прогревания ткани (Lo). Далее система запускается, при этом управление источником лазерного излучения 1 и скоростью подачи охлаждающей жидкости производится устройством обработки и отображения информации 8. В область воздействия подается лазерное излучение определенной мощности (Р). Далее происходит нагрев биоткани 14 до некоторой температуры (T1), которая регистрируется ИК-камерой 7.An example implementation of the control method is illustrated in figure 4. Adaptive closed loop control is implemented. Preliminarily, the doctor sets the data, such as the required temperature (To) at the desired tissue warming depth (Lo). Next, the system starts, while controlling the laser radiation source 1 and the coolant supply speed is performed by the information processing and display device 8. Laser radiation of a certain power (P) is supplied to the exposure area. Next, the biological tissue 14 is heated to a certain temperature (T 1 ), which is recorded by the IR camera 7.

В процессе нагрева биоткани 14 средство обработки и отображения информации 8 производит измерение температур вдоль маркеров, поданной мощности лазерного излучения (Р), а также скорости потока охлаждающей жидкости. На основании этих данных производится построение математической модели процесса нагрева биоткани в переменных вход/выход в идентификаторе. Идентификатор 8а входит в состав устройства обработки и отображения информации 8 и может быть реализован как программно, так и аппаратно. Далее данные по полученной модели идентификатором 8а передаются в оптимизатор 8б, в котором в соответствии с моделью процесса нагревания биоткани уточняется необходимая мощность лазерного излучения (Р) и скорость подачи хладагента (V), необходимые для достижения предустановленной температуры (Т0) на заданной глубине (L0). После необходимых расчетов оптимизатор выставляет необходимую мощность лазерного излучения и скорость охлаждающей жидкости для достижения предустановленных параметров. Далее цикл повторяется сначала.In the process of heating the biological tissue 14, the information processing and display means 8 measures temperatures along the markers, the applied laser radiation power (P), and also the flow rate of the coolant. Based on these data, a mathematical model is constructed for the heating of biological tissue in the input / output variables in the identifier. The identifier 8a is part of the information processing and display device 8 and can be implemented both software and hardware. Further, the data on the obtained model by identifier 8a is transferred to optimizer 8b, in which, in accordance with the model of the biological tissue heating process, the required laser radiation power (P) and the refrigerant supply speed (V) necessary to achieve a preset temperature (T0) at a given depth (L0 ) After the necessary calculations, the optimizer sets the necessary laser power and coolant speed to achieve the preset parameters. Next, the cycle repeats first.

Предлагаемый способ иллюстрируется нижеприведенным примером.The proposed method is illustrated by the following example.

Пример. Больная М. 70 л. Диагноз: рак правой молочной железы, комбинированное лечение в 2000 году. Рецидив заболевания в 2007 году, в области правого плечевого сустава в/к образование 3×3×1 мм, подмышечной области справа 5 новообразований размерами до 4-5 мм, в области п/о рубца 6 новообразований до 3-4 мм, всего двенадцать. Проведено 4 сеанса ФДТ с препаратом «Фотосенс» (смесь натриевых солей ди-, -три- и тетрасульфофталоцианина гидроксиалюминия) совместно с гипертермией на в/к метастазы грудной клетки справа и плеча.Example. Patient M. 70 l. Diagnosis: cancer of the right breast, combined treatment in 2000. Relapse of the disease in 2007, in the area of the right shoulder joint, the formation of 3 × 3 × 1 mm, axillary area on the right 5 neoplasms up to 4-5 mm in size, in the area of the scar scar 6 neoplasms up to 3-4 mm, only twelve . Four PDT sessions were conducted with the Photosens drug (a mixture of sodium salts of di-, tri- and tetrasulfophthalocyanine hydroxyaluminium) in conjunction with hyperthermia for intravenous chest metastases on the right and shoulder.

Четыре сеанса облучения были проведены с применением заявляемого устройства (для внутритканевой лазерной гипертермии и фотодинамической терапии) в режиме одновременных гипертермии лазерным излучением длиной волны 810 нм - мощностью лазерного излучения 6 Вт и фотодинамической терапии излучением длиной волны 630 нм - мощностью лазерного излучения 0,8 Вт. В результате четырех сеансов чрезкожного облучения кожные покровы над опухолью не изменены, достигнута частичная регрессия опухоли с длительной стабилизацией процесса.Four irradiation sessions were carried out using the inventive device (for interstitial laser hyperthermia and photodynamic therapy) in the mode of simultaneous hyperthermia with laser radiation with a wavelength of 810 nm - a laser radiation power of 6 W and photodynamic therapy with a radiation wavelength of 630 nm - a laser radiation power of 0.8 W . As a result of four sessions of percutaneous irradiation, the skin over the tumor was not changed; partial regression of the tumor was achieved with long-term stabilization of the process.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о том, что заявляемое устройство для проведения внутритканевой лазерной гипертермии и фотодинамической терапии и способ их осуществления обладают преимуществами по сравнению с известными средствами лечения аналогичных заболеваний. Использование в клинической практике заявляемого устройства и способа позволяет достичь следующих положительных лечебных результатов:Thus, the above information indicates that the inventive device for interstitial laser hyperthermia and photodynamic therapy and the method of their implementation have advantages compared with the known means of treating similar diseases. Using in clinical practice the inventive device and method allows to achieve the following positive therapeutic results:

- применять разные тактики лечения узловой опухоли, требующие управления (движения) теплового градиента внутри ткани, например последовательного термического повреждения ложа опухоли с последующим всплыванием максимума наведенной температуры к поверхности для термического повреждения узла;- apply various tactics for treating a nodular tumor, requiring control (movement) of the thermal gradient inside the tissue, for example, sequential thermal damage to the tumor bed with the subsequent rise of the maximum induced temperature to the surface for thermal damage to the node;

- сократить продолжительность сеанса ФДТ и гипертермии в условиях применения большой мощности лазерного облучения до 0,8-1 Вт при ФДТ и 6-8 Вт при гипертермии на выходе световода;- reduce the duration of a session of photodynamic therapy and hyperthermia in conditions of applying high laser radiation power to 0.8-1 W with PDT and 6-8 W with hyperthermia at the output of the fiber;

- исключить термическое повреждение неоднородных тканей в зоне лазерного воздействия и его ореола в тканях при данных параметрах мощности излучения;- eliminate thermal damage to inhomogeneous tissues in the zone of laser exposure and its halo in the tissues with given parameters of radiation power;

- достигнуть полной терапевтической дозы светового облучения при воздействии на опухоль большого объема за 1-4 сеанса облучения.- to achieve the full therapeutic dose of light exposure when exposed to a tumor of large volume for 1-4 sessions of exposure.

Таким образом, предложены устройство и способ проведения гипертермии и фотодинамической терапии злокачественных опухолей контактным способом, позволяющие существенно увеличить эффективность проведения гипертермии и ФДТ злокачественных новообразований, расположенных под кожей или в мягких тканях.Thus, a device and method for carrying out hyperthermia and photodynamic therapy of malignant tumors by contact method have been proposed, which can significantly increase the effectiveness of carrying out hyperthermia and PDT of malignant neoplasms located under the skin or in soft tissues.

Claims (8)

1. Устройство для проведения лазерной гипертермии и фотодинамической терапии, включающее источник лазерного облучения, соединенный с ним световод, охлаждающий узел для контактного охлаждения поверхности ткани, средство подачи охлаждающей жидкости, устройство регистрации температуры, отличающееся тем, что устройство регистрации температуры включает инфракрасную камеру, подключенную к средству отображения и обработки информации, связанному с источником лазерного излучения и средством подачи охлаждающей жидкости, охлаждающий узел выполнен в виде герметичного блока с двумя сапфировыми окнами, между которыми находится полость для подачи охлаждающей жидкости, подаваемой средством подачи охлаждающей жидкости, световод установлен с возможностью крепления на герметичном боксе втулкой посредством резьбового соединения, а средство отображения и обработки информации выполнено с возможностью расчета температуры на заданной глубине непосредственно под охлаждающим узлом и с возможностью управления мощностью источника лазерного излучения и скоростью подачи охлаждающей жидкости средством для подачи охлаждающей жидкости.1. A device for carrying out laser hyperthermia and photodynamic therapy, including a laser irradiation source, a light guide connected thereto, a cooling unit for contact cooling of a tissue surface, a coolant supply means, a temperature recording device, characterized in that the temperature recording device includes an infrared camera connected to the means for displaying and processing information associated with the laser radiation source and the coolant supply means, the cooling unit it is made in the form of a sealed unit with two sapphire windows, between which there is a cavity for supplying coolant supplied by means of supplying coolant, the fiber is mounted with the possibility of fastening on a sealed box by a sleeve by means of a threaded connection, and the means for displaying and processing information is configured to calculate the temperature at predetermined depth directly below the cooling unit and with the ability to control the power of the laser source and the cooling feed rate Liquids means for supplying coolant. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство отображения и обработки информации содержит устройство отображения дозы.2. The device according to claim 1, characterized in that the means for displaying and processing information comprises a dose display device. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что световод содержит, по меньшей мере, одно доставляющее излучение оптическое волокно и, по меньшей мере, одно диагностическое волокно.3. The device according to claim 1, characterized in that the optical fiber contains at least one radiation-delivering optical fiber and at least one diagnostic fiber. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что диагностическое волокно связано со средством спектроскопической диагностики.4. The device according to claim 3, characterized in that the diagnostic fiber is associated with a spectroscopic diagnostic tool. 5. Способ проведения лазерной гипертермии и фотодинамической терапии путем облучения ткани лазерным излучением и охлаждения поверхности облучаемой ткани при непрерывной регистрации температуры на поверхности ткани в процессе облучения и/или охлаждения и управлении мощностью лазерного излучения и скоростью подачи охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что температуру регистрируют на поверхности ткани по периметру охлаждающего узла устройства по п.1 и/или на некотором расстоянии от него, регистрируют температуру охлаждающей жидкости, поступающей в охлаждающий узел и на выходе из него, после чего по измеренным значениям температур рассчитывают температуру непосредственно под охлаждающим узлом на заданной глубине и изменяют температуру под охлаждающим узлом на заданной глубине до требуемой температуры посредством управления мощностью лазерного излучения и/или скоростью подачи охлаждающей жидкости.5. The method of carrying out laser hyperthermia and photodynamic therapy by irradiating the tissue with laser radiation and cooling the surface of the irradiated tissue while continuously recording the temperature on the tissue surface during irradiation and / or cooling and controlling the laser radiation power and the coolant supply speed, characterized in that the temperature is recorded on the fabric surface around the perimeter of the cooling unit of the device according to claim 1 and / or at a certain distance from it, the temperature of the coolant is recorded entering and leaving the cooling unit, after which the temperature directly below the cooling unit at a given depth is calculated from the measured temperature values and the temperature under the cooling unit at a specified depth is changed to the desired temperature by controlling the laser radiation power and / or coolant supply speed . 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что облучение ткани проводят постоянным лазерным излучением.6. The method according to claim 5, characterized in that the irradiation of the tissue is carried out by constant laser radiation. 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют суммарную дозу поданного лазерного излучения.7. The method according to claim 5, characterized in that it further calculates the total dose of the applied laser radiation. 8. Способ по п.5, отличающийся тем, что в процессе фотодинамической терапии и лазерной гипертермии проводят спектроскопическую диагностику. 8. The method according to claim 5, characterized in that in the process of photodynamic therapy and laser hyperthermia, spectroscopic diagnostics are carried out.
RU2009143044/14A 2009-11-24 2009-11-24 Interstitial laser hyperthermia and photodynamic therapy apparatus and method RU2424009C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009143044/14A RU2424009C1 (en) 2009-11-24 2009-11-24 Interstitial laser hyperthermia and photodynamic therapy apparatus and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009143044/14A RU2424009C1 (en) 2009-11-24 2009-11-24 Interstitial laser hyperthermia and photodynamic therapy apparatus and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009143044A RU2009143044A (en) 2011-05-27
RU2424009C1 true RU2424009C1 (en) 2011-07-20

Family

ID=44734511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009143044/14A RU2424009C1 (en) 2009-11-24 2009-11-24 Interstitial laser hyperthermia and photodynamic therapy apparatus and method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2424009C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2550014C1 (en) * 2013-12-11 2015-05-10 Медицинский Центр Высоких Технологий "Лазервита" Unit for photodynamic therapy of tumours of head and neck skin

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2550014C1 (en) * 2013-12-11 2015-05-10 Медицинский Центр Высоких Технологий "Лазервита" Unit for photodynamic therapy of tumours of head and neck skin

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009143044A (en) 2011-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7190463B2 (en) Apparatus and method for controlling immunostimulation laser hyperthermia
Missios et al. Renaissance of laser interstitial thermal ablation
CN108836477B (en) Laser thermotherapy device and system based on magnetic resonance guidance
JP2014503255A (en) Non-invasive fat reduction with thermal treatment
US20070219604A1 (en) Treatment of tissue with radiant energy
WO2014149021A2 (en) Non-invasive fat reduction by hyperthermic treatment
JP2016522024A5 (en)
RU2334530C2 (en) Method of local heating of internal tissues of human body
JP2012502714A (en) Apparatus and method for implementing treatment dose delivery means and dose measurement control means to treat a part of a human or animal body
CN113924055A (en) Ultrasound transducer and system for several skin treatments
CA2929284C (en) Apparatus for damaging cancerous cells utilizing radio frequency waves in heating with heating enhanced by infusion or injection of glucose
KR102581952B1 (en) Focused ultrasound operating apparatus
Milne et al. Development of stereotactically guided laser interstitial thermotherapy of breast cancer: In situ measurement and analysis of the temperature field in ex vivo and in vivo adipose tissue
RU2424009C1 (en) Interstitial laser hyperthermia and photodynamic therapy apparatus and method
RU120008U1 (en) CONTACT RADIATION UNIT WITH COOLING SYSTEM
RU92617U1 (en) DEVICE FOR CARRYING OUT OF INNER-TISSUE LASER HYPERTHERMIA AND PHOTODYNAMIC THERAPY
KR101822165B1 (en) Apparatus and method for cooling medical device
RU2147847C1 (en) Selective destruction method for eliminating cancer cells
Panjehpour et al. Hyperthermia treatment using a computer-controlled Nd: YAG laser system in combination with surface cooling
RU2196623C2 (en) Method for treating malignant tumors
Landa et al. Four-dimensional optoacoustic temperature mapping in laser-induced thermotherapy
US20230076544A1 (en) Systems, methods, and devices for damaging cancerous cells by application of energy to the entirety of the cancerous cells and the area of the body immediately surrounding the cancerous cells
KR20230114435A (en) cancer cell proliferation inhibition module using LED and ultrasound
CA3183491A1 (en) Systems, methods, and devices for damaging cancerous cells by application of energy to the entirety of the cancerous cells and the area of the body immediately surrounding the cancerous cells
Mikov et al. Method for Laser Therapy of Oncological Diseases and Its Hardware Implementation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171125