SE503408C2 - System för laserbehandling av tumörer - Google Patents

Description

A503 408 10 15 20 25 30 Bakgrund till uppfinningen Fotodynamisk och/eller fototerrnisk tumörterapi baserad på laserljusinsuålning kan vara värdefulla komplement till gängse behandlingsmodaliteter och kan ibland vara att kraftigt föredraga. Den största svårigheten med dessa nya metoder är att korrekt beräkna och kontrollera den levererade ljusdosen i vävnaden. En jämn fördelning eftersträvas ofta, och framför allt är det viktigt, att ingen del av tumören förblir ofullständigt i behandlad, då detta leder till efterföljande tumörtillväxt. Medan dosimetri för joniserande strålning är en väl utvecklad teknologi, som rutinmässigt användes vid planering av strålfält vid tumörbehandling, är optisk dosimetti föga utvecklad. Detta beror på att absorptions- och spridningsegenskaper i vävnad är rnindre väl kända och dessutom lcraftigt varierande. Om en tumörcell, som preparerats med ett sensibiliserande ämne, belyses med fotodynamiskt aktivt ljus bestämmes induktion av celldöd av om cellen utsatts för ett tillräckligt bad av ljus. Eftersom ljusmängden bestämmes både av den instrålade dosen, absorptionen och multipelspridningen, föreligger ett stort behov av att mäta ljusmängden in situ i vävnaden.

Optisk strålning absorberas kraftigt i vävnad. Därför kan endast tunna, ytligt belägna tumörer behandlas med direktinstrålning mot tumörytan. Tjockare och djupt liggande tumörer kan behandlas interstitiellt, därigenom att en optisk fiber, placerad genom lumen på en injektionsnål, instickes i tumören och därefter frammatas utanför kanylspetsen. Fiberns ände kan vara ljusdiffuserande genom känd fiberbehandlings- teknik. Som nämnts är ljusets effektiva vävnadspenetratíon begränsad, varför flera fibrer, genom vilka laserljus individuellt sändes, kan utnyttjas. Föreliggande uppfinning beskriver ett dyligt arrangemang, där ñbrema utnyttjas på två sätt, dels för instrålning med behandlande laserljus, dels för uppmätning av ljusnivån inne i vävnaden. En enskild fiberända användes således såväl som sändare och som mottagare av strålning. Genom att sekventiellt avkänna ljusflödet från en ñberspets till de övriga kan ljusflödet genom tumören fastställas och dosen modelleras med tomograñsk metod. Under behandlingen beräknas den uppnådda dosen i tumörens olika delar, och den instrålade ljusmängden genom de olika ñbrema justeras datormässigt så att önskad dosfördelning (oftast jämn) i tumören uppnås.

Behandlingen avbrytes därefter och fibrerna avlägsnas. Om kanylema utformas med 10 15 20 25 30 503 408 inbyggd mildotermistor kan även uppnådd temperatur i de valda punkterna fastställas och önskad temperaturfördelning i tumören inställas genom strålflödena.

Allmän beskrivning av uppfinningen Verkningsättet för den föreliggande uppfinningen beslcrivs nu med hänvisning till den icke inskränkande översiktliga Figur 1. En ljuskälla A inkopplas i en optisk fördelnings- och mätenhet B-F. En laser är att föredra, eftersom strålningen lätt kan fokuseras in i tunna fibrer, Lex. med diameter 0,3 mm. För fotodynamisk tumörbehandling användes t.ex. en färgämneslaser eller en diodlaser, med våglängd vald beroende på sensibiliserartyp. För Photofrin är våglängden 630 nm, för 5- arninolevulinsyra (ALA) 635 nm och för ftalocyaniner runt 670 nm. Av speciellt intresse är kompakta diodlasersystem, som nu kan leverera en uteffekt av flera watt vid önskade våglängder. Laserljus kopplas via en serie snåldelare (halvgenom- skinliga plattor) och linser i enheten B in i ett antal fibrer C. Fiberändarna föres med hjälp av kanyler in i den i patienten E befintliga tumören D, med fiberplacering som kan ha bestämts med det föreslagna systemet verkande på ett vävnadslikande fantom.

Röntgengenomlysning eller ultraljud kan underlätta applikationen av fibrerna i vävnaden. Vid inkopplingstället för ljuset in i fibern finns en av enheten G styrd strålblockerare, som i infällt läge stänger av ljusflödet in i ñbern. Strålblockeraren kan utföras så att i infällt, för behandlingsljuset blockerande läge, en kalibrerad ljusdetektor, Lex. en fotodiod införes framför fiberänden, varigenom den från en annan fiber genom vävnaden trängande ljusintensiteten kan uppmätas (i enheten F).

Informationen överföras till den datoriserade styrenheten G, som styr sekvensen av in- och urkoppling av sändar/mottagarfibrer. Med en fiber utnyttjad som sändare användes de övriga fiberna, utplacerade på optimalt sätt i tumören, som mottagare av den genom vävnaden framträngande strålningen. Nästa fiber tar därefter rollen som sändare medan de övriga fungerar som mottagare. Då samtliga N fibrer använts som sändare har N(N-l) värden för ljustransporten mellan olika punkter i tumören erhållits. Dessa värden inmatas i ett tomograñskt inversionsprogram. Med ñberändarnas geometriska lägen kända i vävnaden kan de uppmätta ljustransportvärdena användas för att beräkna dosen i tumörens olika delar. Denna kan grafiskt återges på en datorskärm och behandlingen kan under datorstyrning pågå 10 15 20 25 30 503 408 under sådan tid och med sådan individuell viktning av sändarfibernas ljusmängd, att en viss önskad dos uppnåtts i definierade områden. För att utnyttja laserljuset och behandlingstiden effektivt kan uppmätning av transmissionsvärdena snabbt ske sekventiellt med datorstyrning av suålblockeringar/ detektorer. Därefter kan samtliga fibrer inkopplas som samtidiga sändare under en viss tid. Därefter följer en ny snabb mätsekvens, varefter bestrålning igen sker. Upprepade mätningar är viktiga eftersom vävnadens optiska egenskaper ändrar sig under behandlingen. Så småningom kopplas vissa fibrer bort som sändare av styrenheten, eftersom de till vävnaden levererat den önskvärda dosen. Andra fibrer utnyttjas fortgent för att uppnå det föreskrivna dosfältet. Ett icke inslcränkande exempel på utformning av enheten B-F ges i Figur 2, utvisande ett system med inkoppling av 6 individuella fibrer för interstitiell placering.

Det skall observeras, att stråluppdelning och ljusdetektion kan ske på många olika sätt. T.ex. kan, speciellt för diodlasrar, flera laserdioder användas kopplade till var sina ñbrer med individuell elektrisk effektstyrning.

Effekten av fotodynarnisk terapi bestäms av stråldos och vävnadskoncentrationen av fotosensibiliseraren. Koncentrationsvärdet vid fiberspetsarna kan fastställas med hjälp av laserinducerad fluorescens, där intensiteten hos karakteristika röda emissionstoppar härrörande från fotosensibiliseraren ñberoptiskt kan uppmätas efter excitation med ultraviolett eller violett strålning genom samma ñber. Som en option kan ett dyligt mätsystem samintegreras med ovan beskrivet behandlingsystem och koncentrationsdata även inmatas i styrenheten för ytterligare förbättrad dosimetri.

Fotodynamisk tumörterapi utnyttjar en fotokernisk process utan att vävnadens temperatur behöver höjas. Fototermisk behandling utnyttjar däremot en temperatur- stegring, som kan vara måttlig (6-7 grader) eller stark, ledande till lcraftig vävnads- omvandling. Den aktuella uppfinningen kan utnyttjas även i detta sammanhang för styrning av laserbestrålningen genom fibrerna därigenom att den till en given doshastighet hörande kalibrerade temperaturstegringen regleras ut jämt över tumören genom mätningar enligt ovan. Mera direkt temperaturinformation kan nås genom att i kanyler eller bestrålningsfibrer integrera mikroterrnistorer. Fotodynamisk tumörterapi kan även kombineras med fototerrriisk (hyperterrnisk) terapi genom att den fotodynamiska bestrålningen sker med förhöjd doshastighet. De två modaliteterna kan med fördel kombineras för synergetiska effekter. 10- 503 408 Figurtexter Figur 1. Översiktsbild över interaktivt fiberoptiskt behandlingssystem för fotodynamisk eller fototermisk tumörterapi; A-ljuskälla, B-stråluppdelning med datorstyrd slutarmeka- nism, C-optiska behandlingsñbrer för interstitiellt bruk, D-tumör, E-patient, F-mätenhet för interaktiv ljusdosstyrning, G-datoriserad styrenhet.

Figur 2. Exempel på arrangemang för stråluppdelning av inkommande laserljus till 6 olika fiberutkopplingar där ljusflödesmätning kan ske då de kombinerade strålblockeringarna/ ljusdetektorema med datorstyrning svänges in i strålgången.

Claims (1)

1. 503 408 10 15 20 25 30 Patentkrav 10. System för interaktiv laserbehandling av vävnad, kännetecknat av att minst två interstitiella fibrer utnyttjas för såväl bestrålning som ljusmätning, och av att en styr- och beräkningsenhet ur uppmätta data och efter kalibrering beräknar dos och styr laserljusflödet i fibrema för att uppnå en föreskriven dosfördelning. System enligt krav 1 kännetecknat av att behandlingen är fotodynamisk tumörterapi utnyttjande fotosensibiliserande substanser och ljusmätning leder till beräkning av ljusdoser. System enligt krav 1 kännetecknat av att behandlingen är fototerrnisk, med vävnadsdestruktion genom förhöjd temperatur. Temperaturfältet beräknas genom det uppmätta ljusflödet genom vävnaden (efter kalibrering). System enligt lcav 1 kännetecknat av att behandlingen utgöres av en kombination av fotodynamisk och fototermisk terapi. System enligt krav l kännetecknat av att den rumsliga dosfördelningen beräknas ur de uppmätta transmissionsvärdena mellan enskilda ñberpar utnyttjande tomo grafiska metoder. System enligt krav 1 kännetecknat av att en datordisplay i nära realtid visar aktuell beräknad dosfördelning och vald behandlingsdosfördelning, mot vilken mät- och reglersystemet styr den pågående behandlingen. Förfarande enligt krav l kännetecknat av att en eller flera diodlasrar användes som bestrålningskällor. Förfarande enligt krav 1, kånnetecknat av att laserstrålen avsedd för en viss fiber blockeras samtidigt som en detektor införes för registrering av det av fibem mottagna, genom vävnaden transmitterade ljuset. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat av att koncentrationen av sensibiliserare vid ñberspetsarna bestämmes genom laserinducerat fluorescens, exciterad och detekterad genom behandlingsfibrerna. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat av att temperaturen vid fiberspetsarna uppmätes med hjälp av små temperaturgivare, vars mätvärden utnyttjas av systemets beräkningsenhet.