SE527164C2 - Anordning och metod för terapi och diagnostik innefattande optiska komponenter för distribution av strålning - Google Patents

Description

25 30 35 4 050721 EK P;\5529_Spectracure\P\002\SE\Svaromàf 0SD72fi\P5S2Sßnàjlo721_anpassad_beskrivning.doc topiskt. Den ansamlas i elakartade tumörer i högre utsträckning än i den omgivande friska vävnaden. Tumör- området belyses sedan med icke-termiskt rött ljus, som normalt kommer från en laser, och detta leder till excitation av sensibiliseraren till ett mera energetiskt tillstànd. Genom energiöverföring fràn den aktiverade sensibiliseraren till syremolekylerna i vävnaden överförs syret fràn sitt normala triplett-tillstànd till det exciterade singlett-tillståndet. Singlettsyre är känt för att vara särskilt toxiskt för vävnad; celler förstörs och vävnaden gär i nekros. Eftersom sensibiliseraren är lokaliserad till tumörceller fås en unik selektivitet där omgivande frisk vävnad skonas. Den kliniska erfarenheten vid användning speciellt av heamatoporfyrinderivat (HPD) och aminolevulinsyra (ALA) har visat goda resultat.

Sensibiliserare har ytterligare en användbar egenskap; de ger en karakteristisk röd fluorescenssignal när substansen exciteras med violett eller ultraviolett strålning. Denna signal framträder med kontrast mot vävnadens egenfluorescens och kan utnyttjas för att lokalisera tumörer och för att kvantifiera storleken på upptaget av sensibiliserare i vävnaden.

Den aktiverande röda stràlningens begränsade inträngning i vävnaden är en stor nackdel för PDT. Följden är att endast tumörer som har mindre än 5 mm tjocklek kan behandlas med ytbestràlning. För att behandla tjockare och/eller djupliggande tumörer kan interstitiell PDT (IPDT) utnyttjas. Här förs ljusledande optiska fibrer in i tumören med hjälp av t.ex. en injektionsnàl, i vars kanal en fiber har placerats.

För att uppnå en effektiv behandling har flera fibrer använts för att säkerställa att alla tumörceller utsätts för en tillräcklig ljusdos så att det toxiska singlett- tillstándet erhålles. göra dosberäkningar av vävnadens absorptions- och Det har visats vara utförbart att 10 15 20 25 30 35 527 144 . . w L 050721 EK P=\5529_Spectzacure\P\002\SB\Svaroruàl 050722\P55290002_050721_anpassad_beskxívning.doc spridningsegenskaper. T.ex. beskrivs i det svenska patentet SE 503 408 ett IPDT-system, för behandling som för att mäta ljusflödet som når en given fiber vid ljusets penetration genom vävnaden fràn de andra På detta sätt kan en förbättrad beräkning av den där sex fibrer används såväl fibrerna. korrekta ljusdosen ernàs för alla delar av tumören.

Enligt beskrivningen i SE 503 408 delas ljuset från en enda laser upp i sex olika delar med hjälp av ett strål- delarsystem som består av ett stort antal mekaniska och optiska komponenter. Ljuset fokuseras sedan in i var och en av sex individuella behandlingsfibrer. En fiber används som sändare medan de andra fibrerna används som mottagare av strålning som tränger genom vävnaden. För ljusmätningar används ljusdetektorer som mekaniskt svänges in i strål- vägen vilken på detta sätt blockeras, och det svaga ljus som kommer från de fibrer som insamlat ljuset som adminis- trerats till vävnaden uppmätes.

Emellertid medför dylika öppna strålvägar en mycket förlustrik stràldelning, och den resulterande förlusten av ljus försämrar drastiskt ljusdistributionen såväl som ljus- mätningen. Dessutom måste ett dylikt system ofta justeras optiskt vilket även är en väsentlig nackdel i samband med kliniska behandlingar. Systemet är även stort och tungt och svårt att integrera till en användarvänlig apparat.

Sålunda finns det ett behov för en ny kompakt ut- rustning som tillåter distribution av strålning i ett system för PDD, PDT och PTT för att implementera ett smart sätt att utföra interaktiva interstitiella behandlingar. En lösning skulle vara att använda effektiva mekaniska konstruktioner för att omkoppla mellan olika moder och därvid undvika t.ex. förlustrika stråldelare och tillåta t.ex. automatisk kalibrering.

En dylik mekanisk lösning till de ovan nämnda problemen har föreslagits i PCT/SEO2/02050, som beskriver en fördelare för strålning vilken har två skivor som 10 15 20 25 30 35 527 am 050721 EK P:\5529_Spectracure\P\002\SE\Svaromàl 050722\P55290002_050721_anpassad_beskrivning.doc roterar relativt varandra. Stràlningsfördelaren kopplar optiska fibrer mellan olika moder genom rotationsrörelse av fibrer i dessa skivor relativt varandra. För att växla mellan olika ljuskällor in till en fiber beskrives ett arrangemang med totalt fyra skivor.

Fastän dessa mekaniska konstruktioner är förbättringar gentemot det ovan beskrivna IPDT systemet och fastän de ovan beskrivna problemen är lösta, har dessa mekaniska konstruktioner andra begränsningar, som är relaterade t.ex. till mekanisk tröghet vilken begränsar omkopplingstiden mellan de olika moderna för ett terapi- och diagnossystem, sàsom ett interaktivt interstitiellt behandlingssystem.

Det finns således ett behov av ett nytt kompakt system som medger att fördela strålning i ett system för terapi och diagnostik i ett däggdjur, där terapin och diagnostiken omfattar PDD, PDT och PTT.

Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning övervinner ovan identifierade begränsningar i känd teknik och löser åtminstone de ovan identifierade problemen genom att erbjuda ett system enligt bifogade patentkrav, varigenom en mycket praktisk och effektiv implementering av interaktiv IPDT àstadkommes därigenom att olika optiska mätningar för diagnostik och dosimetri kan utföras på ett integrerat och enkelt sätt med hjälp av ett system som erfordrar minimalt utrymme. En viktig tillämpning av uppfinningen är interaktiv interstitiell fotodynamisk terapi och/eller interaktiv fototermisk tumörterapi.

Optiska element har många fördelar framför mekaniska arrangemang. Dessa fördelar innefattar, bland andra: hög omkopplingshastighet mellan olika systemmoder (diagnostik, fotodynamisk tumörterapi, termisk terapi); kompakthet och stabilitet för systemet; utmärkta optiska parametrar; läng livstid för systemet pà grund av frånvaron av mekaniskt 10 15 20 25 30 35 527 164 050721 BK P=\5529__Spectracute\P\002\SE\Svarom¿l 050722\P55290002_0S0721_anpassad_beskrivning.doc slitage i komponenterna, och många fler omkopplingscykler under livscykeln för systemets element.

Kortfattad beskrivning av figurerna För att förklara uppfinningen mera i detalj kommer ett antal utföringsformer av uppfinningen att beskrivas nedan med referens till de bifogade figurerna, där Fig. 1 är en schematisk vy som illustrerar en utföringsform av uppfinningen för interaktiv IPDT; Fig. 2 är en schematisk vy som illustrerar en ytterligare utföringsform av uppfinningen; Fig. 3 är en schematisk vy över en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefattande fiberkombinerare och en optisk omkopplare; Fig. 4 är en schematisk vy som illustrerar principen för en fiberkombinerare använd i en utföringsform av uppfinningen; Fig. S är en schematisk vy som illustrerar en annan utföringsform av uppfinningen innefattande optiska omkopplare; Fig. 6 är en schematisk vy som visar ytterligare en utföringsform av uppfinningen innefattande moduler med multipla diagnostiska strálningskällor; och Fig. 7 är en schematisk vy som visar ytterligare en utföringsform av uppfinningen innefattande en 2xN optisk omkopplare.

Beskrivning av utföringsformer Olika utföringsformer av systemet enligt uppfinningen beskrivs nu med hänvisning till figurerna. För att underlätta beskrivningen av utföringsformer upprepas inte genomgående i alla figurerna hänvisningsbeteckningar för liknande element visade pà ritningarna.

En allmän beskrivning av ett system 100 enligt en första utföringsform av uppfinningen ges med referens till Fig. 1. Enligt denna innefattar ett system 100 för interaktiv IPDT minst en diagnostisk stràlningskälla 110. 10 15 20 25 30 35 E27 164 050721 EK P:\5529_Spectracure\P\002\SE\Svaromà1 050122\PS5290002_050721_anpassad_beskrivníng.doc Den diagnostiska strålningskällan 110 alstrar diagnostisk strålning, där den diagnostiska strålningen företrädesvis är diagnostiskt ljus. Strålning från åtminstone en diagnostisk stràlningskälla 110 inträder i en diagnostisk strålningskopplingsmodul 120. Stràlningen sänds företrädesvis med hjälp av strålningsledare 111. Den diagnostiska strålningskopplingsmodulen 120 distribuerar strålningen vidare genom en eller flera strålningsledare 122 till åtminstone en motsvarande modselektionsmodul 140.

Företrädesvis är de strålningsledare, som beskrivs i denna beskrivning av utföringsformer, ljusledare såsom optiska fibrer. Kopplingen av den diagnostiska strålningen till strålningsledarna 122 åstadkommes med hjälp av den diagnostiska strálningskopplingsmodulen 120, som t.ex. innefattar en optisk omkopplare eller alternativt en fiberkombinerare i serie med en optisk omkopplare, eller alternativt med en fiberkombinerare. Detta kommer att beskrivas mer i detalj nedan.

Den diagnostiska strålningen ledes vidare till en Syftet med varje modselektionsmodul 140 är att leda diagnostisk av modselektionsmodulerna 140, såsom visas i Fig. 1. strålning från en av de diagnostiska stràlningskällorna 110 eller terapeutisk strålning från terapeutiska stràlningskällor 130 genom en av strålningsledarna 142 till ett behandlingsställe 101 i en patient. Alla dessa strålningsledare 142 kan leverera strålning till reaktionsstället 101 och mottaga strålning från nämnda ställe. Således kan många mätningar registreras och utläsas samtidigt. Var och en av fibrerna 142 är proximalt kopplad till en separat modselektionsmodul 140, t.ex. fibern 141 kopplas till modselektionsmodulen 140 som är illustrerad i Fig. 1 som den första modselektionsmodulen av ett flertal 125 modselektionsmoduler 140/terapeutiska ljuskällor 130.

Den distala änden av fibrerna 142 är lämpligt positionerad på olika ställen i behandlingsplatsen för att möjliggöra 10 15 20 25 30 E27 164 050721 EK P:\5529_Spectracure\P\002\SE\SvazomAl 050722\P5S290002__050721_anpassad_beskr1vníng.doc effektiv diagnostik eller behandling av patienten. Dessutom kopplar modselektionsmodulerna 140 strålning som sänds från den distala änden av fibrerna 142 mot modselektionsmodulen 140, vidare mot åtminstone en strålningsdetektor 150.

Alternativt används ett flertal strålningsdetektorer, antingen med olika känslighet eller t.ex. en detektor för varje modselektionsmodul. Stràlningen som kommer från behandlingsstället 101 sänds till strålningsdetektorerna 150 med hjälp av strålningsledare 152, varvid en strålningsledare 151 är illustrerad utgående från den överst inritade modselektionsmodulen 140 till strålnings- detektorn 150. Modselektionsmodulen 140 kan innefatta t.ex. en optisk omkopplare eller en fiberkombinerare. En mod- selektionsmodul 140 beskrivs mera i detalj med referens till Fig. 4.

Fig. 2 illustrerar en ytterligare utföringsform av ett interaktivt interstitiellt behandlingssystem, varvid den diagnostiska strålningskopplingsmodulen 120 är uppdelad i två strålningskopplingskomponenter 210 och 220.

Strålningskopplingsmodulen 210 är som illustrerat en Nxl stràlningsfördelare t.ex. en stràlningsfördelare som har N strålningsingångar och en stràlningsutgång. I det illustrerade exemplet är stràlningsfördelaren 210 en 3xl stràlningsfördelare vars enskilda utgångar kopplas till en (lxn) stràlningsfördelare 220, varvid n är antalet strålningsselektormoduler 125 såväl som antalet strålningsledare 142, som går till/från behandlingsstället 101. Stràlningsfördelarna 210, 220 kan innefatta, precis som för modselektionsmodulen 140, t.ex. en optisk omkopplare eller en fiberkombinerare. Exempel på stràlningsfördelare 210, 220 beskrives mer i detalj nedan med referens till figurerna 3 och 5, som illustrerar olika kombinationer av optiska omkopplare och/eller fiber- kombinerare för strålningsdistributorerna 210, 220 och 10 15 20 25 30 35 E27 164 ' 3 . . 050721 EK P:\5529_Spectracure\P\00J\SE\Svarorná1 050722\P55290002_050721_anpasaad_besk:ivning.doc modselektionsmodulen 140 med olika fördelar avseende t.ex. prestationen för systemet.

I Fig. 3 visas ett system innefattande en 3x1 fiberkombinerare 310 och en optisk 1x6 omkopplare 310 såväl som en fiberkombinerare 330, som modselektor i sex moduler 325. För interstitiell behandling kopplas sex terapeutiska strålkâllor 130, företrädelsevis laserljusmoduler, till de sex fiberkombinerarna 330. Varje fiberkombinerare 330 fungerar på sådant sätt att den terapeutiska strålningen i terapimoden kopplas genom den motsvarande strålningsledaren 142 till behandlingsstället 101. För att koppla om till den diagnostiska moden slås den terapeutiska strålningskällan av, varefter en av de tre diagnostiska strålningskâllorna 110 aktiveras. Således leds diagnostisk strålning till fiberkombineraren 310, där strålningen från den aktiva diagnostiska strålkällan kopplas till utgången av den fiberkombineraren som leder till den optiska omkopplaren 320. Den optiska omkopplaren 320 kopplar ingångsstrålningen till en utgående strålningsledare 122, som leder till den motsvarande fiberkombineraren 330, som innefattas i en av modulerna 325. Från fiberkombineraren 330 sänds den diagnostiska strålningen till behandlingsstället via en strålningsledare 142, som är förbunden med fiber- kombineraren 330, såsom visas i Fig. 3. Således sprids den diagnostiska strålningen i behandlingsstållet och delvis till de fem kvarvarande stràlningsledarna 142 och delvis reflekteras tillbaka. Det diagnostiska ljuset från patienten sänds via fiberkombineraren 330 till stràlnings- detektorn 150. Således erhålles fem (=(n-1)) mätvärden.

Därefter kopplar den optiska omkopplaren 320 den inkommande diagnostiska strålningen från strålningskällan 110 till nästa fiberkombinerare 330 som nästa modul 325 innefattar.

På detta sätt erhålles fem ytterligare mätvärden. Denna mätprocedur upprepas tills alla sex modulerna 325 har blivit aktiverade, vilket resulterar i sex gånger fem (=30) 10 15 20 25 30 35 7 un, I. _ 050721 EK P=\5529_Spectracure\1>\00z\SE\svarcmà1 050722\P55290002_050721_anpassad_beskriv1ung.doc mätvärden. Dessa trettio mätvärden som erhållits kan användas som ingàngsdata för framtagning av en tomografisk modell av uppbyggnaden av optisk dos i de olika delarna av tumören under behandlingens gäng. Denna mätprocedur kan upprepas med de kvarvarande diagnostiska ljuskällorna och ger tre gånger trettio (N*(n-1)) eller nittio tomografiska mätvärden. Också det diagnostiska ljuset, som reflekteras från platsen 101 frän den belysande strálningsledaren kan användas för diagnostiska ändamål.

Fiberkombineraren 310 kan vara en fiber- kombinerare som är kommersiellt tillgänglig från t.ex.

Polymicro Technologies.

Som bas för den optiska omkopplaren 320 kan man använda en kommersiellt tillgänglig fiberomkopplare från Piezosystem Jena Inc. Arbetsprincipen för fiberkombineraren 330 illustreras i Fig. 4. Fiberkombineraren 330 kan också vara baserad på en kommersiellt tillgänglig fiber- kombinerare från Polymicro Technologies. Fiberkombineraren har tre ingàngsfibrer 401-403, varvid strålningen sänds genom dessa fibrer i riktningar, 421-423. fiber under en sträcka som markeras av pilen 411. Hela som markeras av pilarna Fibrerna 401-403 är sammansmàlta till en enda fiberkombineraren har en längd som indikeras av pilen 410.

Sàledes transmitteras strålningen via fibrerna 401 och 402 till den enda sammansmàlta fibern vid 400 och strålningen från den enda sammansmàlta fibern vid 400 sänds i motsatt riktning till är fibern 401 källan, fibern 402 är förbunden med den diagnostiska fibern 403. I utföringsformen enligt Fig. 3 förbunden med den terapeutiska strálnings- stràlningskällan och fibern 403 är förbunden med stràlningsdetektorn. Fiberkombineraren 330 kan fås att sända huvuddelen av det diagnostiska ljuset som kommer från vävnadsplatsen 101 via fibern 400 till fibern 403, vilket säkerställer en effektiv användning av det diagnostiska ljuset, som ibland är svagt. Fiberkombineraren 10 15 20 25 30 59"' 1 050721 ax P=\s52a_specnracure\n\oonsmšvarömåi nsovâzéséooogosovzganpassazgbeskrivning.doc 10 transmitterar inte ljus direkt från fibrerna 401, 402 till fibern 403.

Fig. 5 är ett schematiskt diagram som illustrerar ytterligare en utföringsform av föreliggande uppfinning, varvid en optisk omkopplare 510 omkopplar mellan olika diagnostiska stràlningskällor 110. En ytterligare optisk omkopplare 530 fungerar som en modselektor, varvid antingen den terapeutiska stràlningskällan kopplas till behandlings- stället, den diagnostiska stràlningskällan kopplas till behandlingsstället, eller behandlingsstället kopplas till stràlningsdetektorn. Den optiska omkopplaren 320 fungerar pà liknande sätt som beskrivits ovan. Denna utföringsform har fördelen att tiden för omkoppling fràn en diagnostisk strälningskälla till en annan inte bestäms av de diagnostiska stràlningskällorna. Jämfört med en fiber- kombinerare bestämmer den optiska omkopplaren 510 tiden som behövs för att koppla om mellan olika stràlningskällor.

Detta är i allmänhet mycket snabbare än om man stänger av en ljuskälla vid en ingång till en fiberkombinerare och slår pà en annan ljuskälla till en annan ingàng till en fiberkombinerare, varvid bàda ljuskällorna kopplas till samma utgång av fiberkombineraren. Vidare uppvisar en optisk omkopplare lägre stràlningsförluster än en fiberkombinerare, vilket innebär att mindre kraftfulla diagnostiska stràlningskällor kan användas än med en fiberkombinerare 310. En optisk omkopplare måste dock aktivt styras, medan en fiberkombinerare är en passiv komponent. Dessutom förhindrar den optiska omkopplaren 530 att diagnostiskt ljus kommer direkt in i stràlnings- detektorn 150 genom en fiberkombinerare, t.ex. fiber- kombinerare 330. Denna oönskade diagnostiska strålning som kopplas till detektorn kan leda till ”blooming” (mättning) av detektorn 150. I stället för att använda ett flertal detektorer 150 kan en enda detektor vara tillräckligt för 10 15 20 25 30 35 .F27 164 050721 EK P:\5529_Spectracure\l>\002\SE\Svarornàl 050722\P5S290002_05072l_anpassad__beskrívning.doc ll att undvika detta problem, vilket begränsar kostnaderna för systemet enligt föreliggande utföringsform.

Fig. 6 är ett schematiskt diagram som illustrerar ytterligare en utföringsform av föreliggande uppfinning. En fiberkombinerare 630 används i likhet med fiberkombineraren 330. Ett flertal diagnostiska strålningskällor 610, vilka var och en har en motsvarande fiberkombinerare 620 hos ett flertal diagnostiska strålningskällmoduler 615, innefattas i denna utföringsform i stället för en optisk omkopplare som fördelar den diagnostiska strålningen till ett flertal modselektormoduler 140. Således undviks kostnaden för en optisk omkopplare, t.ex. omkopplaren 320. Vidare kan de diagnostiska strälningskällorna 610 moduleras, så att den diagnostiska strålningen samtidigt kan detekteras, exempel- vis med hjälp av en lock-in teknik eller genom att multi- plexa signalerna, varvid den terapeutiska strålningen före- trädesvis stängs av i den diagnostiska moden.

Fig. 7 är ett schematiskt diagram som illustrerar ytterligare en annan utföringsform av föreliggande upp- finning. Utföringsformen innefattar en optiskt 2xn om- kopplare 710 som kopplar två diagnostiska inmatnings- strålningskällor till n utgångar hos omkopplaren 710.

Omkopplaren 710 har två ingångar, vilka sekventiellt kan ledas till de olika utgångarna. Sådana komponenter är kommersiellt tillgängliga, exempelvis från Pyramid Optics.

Den modselektor-/terapeutiska strålningskäll-modulen är en modselektormodul 525, såsom beskrivs med hänvisning till dock kan denna även ersättas med en fiberkombinerarmodul 625. På detta sätt erhålles en mera kompakt lösning eftersom det finns en komponent mindre i Fig. 5, systemet, t.ex. fiberkombinerare 310 eller omkopplare 510.

En optisk omkopplare har också lägre förluster än en fiberkombinerare, såsom redan har nämnts ovan.

Stràlningsledarna kan kopplas till eller anslutas till de olika elementen hos systemet enligt föreliggande 10 15 20 25 30 35 E97 15 050721 BK Px\5529_Spectracure\P\002\SE\Svaromàl ÖS6722\P5š290002_050721_anpaaaad_beskrivning.doc 12 uppfinning med hjälp av lämpliga metoder eller medel, vilka innefattar olika typer av fiberoptiska kontaktdon, sàsom SMA, ST eller FC kontaktdon. Alternativt kan stràlnings- ledarna infästas i hàl med hjälp av lämpliga metoder, t.ex. limning eller mekanisk fastsättning med hjälp av exempelvis fjäderbelastade element.

I syfte att kalibrera systemet enligt uppfinningen registreras systemets sammanlagda prestanda före behand- lingen genom direkta mätningar pà en kalibrerad Vävnads- fantom som exempelvis är gjord av en steril intralipid/ vatten-lösning eller en steril fantom i fast form som exempelvis är gjord av Delrin®. De terapeutiska ljus- källornas prestanda kan antingen övervakas med hjälp av interna och/eller externa effektmätare.

De optiska omkopplarna som beskrivs häri kan arbeta enligt olika principer. En princip är omkopplingen genom direkt fiberförflyttning som drivs med piezoelektriska rörelser av fibern i förhållande till utgångsfibrerna. En annan princip är omkopplingen genom mikrokoptisk stràlböj- ning, vilken kan baseras pà mikromekaniska komponenter, sàsom mikroprismor eller speglar, eller akusto-optiska medel, vilka böjer en optisk stràle till olika utgångs- /ingàngsfibrer.

I det följande avsnittet kommer grundläggande principer som är relaterade till systemet enligt upp- finningen att beskrivas, varvid beskrivningen baseras pà ett system med tre diagnostiska stràlningskällor 110 och sex patientfibrer 142.

Med ett reaktionsställe eller ett behandlingsstâlle avses i föreliggande kontext ett ställe där fotodynamiskt aktiva substanser reagerar i en tumör, som utsätts för terapi, exempelvis genom att dessa matas genom lumen hos injektionsnàlar som är placerade i tumören, och att stràlningsledarna 142 sedan är fixerade i reaktionsstället 101. Därefter förflyttas stràlningsledarna framåt, så att 10 15 20 25 30 35 527 164 050721 EK P:\5529_Spectracure\P\002\SE\Svarornâl 050722\P55290002_050721_anpassad_beskrivning.dec 13 dessa kommer utanför nàlens distala ände. Samma ljusledare 142 används kontinuerligt under loppet av behandlingen för en integrerad diagnostik och dosimetri såväl som för att undvika att patienten utsätts för multipla stick.

Företrådesvis är de diagnostiska stràlningskällorna 110 lasrar och/eller lysdioder (engelska: light emitting diodes, LED), av vilka en har samma våglängd som lasrarna 130 som används för laserbestràlningen för fotodynamisk tumörterapi, men kan ha en lägre utgàngseffekt. Lämpliga filter kan anordnas för att infogas i stràlningsdetektorns 150 ljusbana för att säkerställa att det korrekta dynamiska området används för samtliga mätuppgifter och för att förhindra den ovan nämnda ”bloomingen” (mâttningen) av stràlningsdetektorn.

Vissa av de diagnostiska stràlningskällorna 110 används för att undersöka hur strålningen (ljuset) med den motsvarande våglängden penetrerar genom tumörvävnaden pà behandlingsstället 101. När ljus fràn en stràlningskälla transmitteras genom den särskilda stràlningsledaren via de ovan beskrivna anordningarna in i vävnaden fungerar en av stràlningsledarna 142 som en sändare in i tumören, och de andra fem stràlningsledarna 142 i tumören kommer att fungera som mottagare och samlar det diffusa ljusflödet som när dessa. Det insamlade ljuset leds återigen till stràlningssensorn 150, sàsom beskrivits ovan, och fem olika ljusintensiteter kan registreras pà detektoruppsättningen.

Som alternativ till en särskild våglängd kan sträl- ning frän en optisk bred ljuskälla, såsom en vitljuskälla, och/eller bredbandiga lysdioder och/eller linjeljuskällor kopplas till den särskilda aktiva stràlningsledaren 142.

Vid passagen genom vävnaden mot den mottagande ljusledaren 142 i patienten, kommer den väl definierade spektrala fördelningen av stràlningskällan att modifieras genom vävnadsabsorptionen. Således uppvisar syresatt blod en signatur som skiljer sig frän icke-syresatt blod, vilket 10 15 20 25 30 35 1 6 4 050721 EK P:\5529_Spectracure\P\002\SB\Svaromâl 050722\P55290002_050721_anpassad_beskrivning_doc 14 möjliggör en tomografisk bestämning av syrefördelningen genom att använda de trettio olika spektrala fördelningarna som registreras, fem spektra ät gängen i de sex möjliga olika konstellationerna. En sådan bestämning av syresättningen i tumören är viktig eftersom PDT processen kräver tillgång till syre i vävnaden.

Slutligen kan en ljuskälla antingen för rött, blått/violett eller ultraviolett ljus, t.ex. en laser, kopplas till den särskilda aktiva stràlningsledaren 142. Pä sä sätt induceras fluorescens i vävnaden, och en sensibiliserare som har tillförts vävnaden visar en karak- teristisk röd fluorescensfördelning i det röda/nära-infra- röda spektrala området. Styrkan av den motsvarande signalen möjliggör en approximativ kvantifiering av sensibiliserar- nivän i vävnaden, Eftersom ljuset med en kort våglängd har en mycket låg penetration in i vävnaden måste den av en sådan källa framkallad fluorescensen mätas lokalt pà den distala änden av strälningsledaren. I detta syfte kan ett filter sättas in framför detektorn 150 för att minska det från stället 101 reflekterade ljuset eftersom detta ljus kommer att vara många storleksordningar större än det diagnostiska fluori- serande ljuset. En lämplig fluorosensor som bildar en enhet Instr. 71, 510004 (2000).

Genom att sekventiellt koppla den diagnostiska strål- beskrivs i Rev. Sci. ningskällan 110 genom de olika modulerna 125, mäts fluorescensen som är proportionell med sensibiliserarens koncentration sekventiellt vid de sex strälningsledarnas ändar. Eftersom sensibiliseraren bleks av det kraftigt röda behandlingsljuset, vilket är särskilt kraftigt just runt änden hos strälningsledarens 142 som leder strålningen till patienten, är det nödvändigt att utföra denna mätning innan behandlingen påbörjas.

Om strälningsledarnas 142 ändar dessutom är behandlade med ett material, vars fluorescensegenskaperna 10 15 20 25 30 35 FT? 164 osovzi m: P-Asszs speccracurønpwonsnsvarømal 050122\1>5S29000210S07Ilgnpaßßmtbeflkrivflifls-1100 15 är temperaturberoende, erhålles skarpa fluorescenslinjerj vid excitationen, och intensiteten av dessa linjer och deras relativa styrka beror på temperaturen vid änden av strålningsledaren 142 som används för behandlingen. Exempel på sådana material är salter av övergångsmetaller eller sällsynta jordartsmetaller. Således kan även temperaturen mätas vid de sex strålningsledarnas sex positioner, en åt gången eller samtidigt. De uppmätta temperaturerna kan användas för att upptäcka om blodkoagulering med en förknippad ljusdämpning har inträffat vid spetsen hos strålningsledaren 142, samt för analyser beträffande användningen av möjliga synergieffekter mellan PDT och termisk växelverkan. Eftersom linjerna som erhålles är skarpa, kan dessa lyftas bort från den mera bredbandiga fluorescensfördelningen från vävnaden.

Sensibiliserarnivån för vissa substanser kan mätas på ett alternativt sätt. I detta fall används det röda ljuset som används för ljusutbredningsanalyser för att framkalla nära-infraröd fluorescens. Denna fluorescens penetrerar genom vävnaden till ändarna av de mottagande strålningsledaren 142, och visas samtidigt som spektra som har erhållits i stràlningssensorn 150. En tomografisk beräkning av sensibiliserarfördelningen kan utföras baserat på sammanlagt 30 mätvärden vid varje mättillfälle.

Efter att diagnostiska mätningar och beräkningar har utförts kan fibrerna 142 som är optiskt kopplade till patientens vävnad användas för terapi genom att stänga av de diagnostiska ljuskällorna och att sätta på de terapeu- tiska strålkällorna 130, samt att koppla de optiska om- kopplarna, om sådana finns i systemet, på ett lämpligt ' sätt, så att terapeutiska strålkällor kopplas till patient- fibrerna 142. De terapeutiska strålkällorna är företrädesvis laserstrålkållor med en våglängd som är anpassad till sensibiliserarens absorptionsband. För den fotodynamiska tumörbehandlingen används företrädesvis en 10 15 20 25 30 35 071 050721 EK PASS? 9_Spectracux'e\P\002\SE\5väron1A'l '050722Vlfišä9%02_050721__anpasaad_beakrivníng.doc 16 färgämneslaser eller diodlaser med en våglängd som väljs beroende pà den använda sensibiliseraren. Exempelvis för Photofrin® är våglängden 630 nm, för 6-aminolevulinsyra (ALA) är den 635 nm och för phtalocyaniner är den omkring 670 nm. De enskilda lasrarna regleras under loppet av behandlingen till en önskad individuell utgångseffekt. Om sà önskas kan dessa ha inbyggda eller externa övervaknings- detektorer.

Den terapeutiska behandlingen kan avbrytas och ny diagnostisk data kan behandlas i en interaktiv metod ända tills en optimal behandling har uppnåtts. Denna metod kan innefatta synergi mellan PDT och hypertermi, varvid en ökad temperatur uppnås vid ökade laserbestràlningsflöden. Hela processen styrs med en dator som inte enbart utför beräkningarna utan även används för systemets reglering och övervakning.

Föreliggande uppfinning har beskrivits ovan med hänvisning till specifika utföringsformer. Andra utförings- former än de ovan föredragna är dock likaledes möjliga inom ramen av de bifogade kraven, t.ex. olika optiska kopplings- element ân de ovan beskrivna att utföra metoden ovan med hjälp av hårdvara eller mjukvara, osv.

Vidare utesluter begreppet ”innefattar/innefattande" när de används inom ramen av denna specifikation inte andra element eller steg, begreppet i ”ett” eller ”en” utesluter inte ett flertal och en enda processor eller andra enheter kan utföra funktionerna av flera av enheterna eller kret- sarna som omnämns i kraven.

Claims (15)

10 15 20 25 30 35 v07 050721 EK P:\S52Lspectracure\P\002\SE\Svararnâl 050722Wšsllm)0fi_05071_svensk_6versàttningJzatentkx-av.doc l? PATENTKRAV

1. System för interaktiv interstitiell fotodynamisk terapi eller fototermisk tumörterapi eller tumördiagnos av en människa, som innefattar åtminstone en första och en andra ljuskälla för utsändning av ljus inom váglängdsområdet av infrarött (IR), synligt eller ultraviolett ljus, åtminstone en ljusdetektor för detektering av ljus; och ett flertal optiska fibrer, vilka är lämpade att leda ljus fràn eller till ett tumörställe hos människan, varvid de distala ändarna hos de optiska fibrerna är positionerade pà olika positioner hos tumörstället för att möjliggöra en effektiv diagnos och behandling, kånnetecknat av åtminstone ett icke-mekaniskt selek- tormedel för en funtionsmod för att optiskt leda: nämnda terapeutiskt ljus till nämnda tumörställe, varvid en terapeutisk ljuskälla är kopplad till var och en av nämnda optiska fibrer för överföring av nämnda tera- peutiskt ljus till nämnda ställe genom var och en av nämnda optiska fibrer, varvid de diagnostiska ljuskâllorna är inaktiverade under loppet av detta, och nämnda diagnostiskt ljus till nämnda tumörställe genom åtminstone en första optiska fiber, medan ljus leds genom åtminstone en optisk fiber fràn tumörstället till ljusdetektorer, varvid de terapeutiska ljuskâllorna är inaktiverade under loppet av detta.

2. System enligt något av krav 1, kännetecknat av att nämnda optiska funtionsmod selektormedel är en optisk omkopplare.

3. System enligt krav 2, kännetecknat av att nämnda icke-mekaniska optiska omkopplare är en elektrooptisk omkopplare som är baserad pà elektriskt styrbara brytnings- indexvariationer. 10 15 20 25 30 E97' 050721 EK P:\5529_Spec:racure\P\002\SE\Svaro1nàl 050722\PS5290002_05072l_svenskjzversàttningjatentkrav.doc l8

4. System enligt krav 2, kånnetecknat av att nämnda icke-mekaniska optiska omkopplare är en akusto-optisk omkopplare som är baserad pà ljudgenererad Bragg böjning.

5. System enligt krav 2, kånnetecknat av att nämnda icke-mekaniska optiska omkopplare är en magneto-optisk omkopplare.

6. System enligt krav 1, kännetecknat av att nämnda optiska funktionsmod selektormedel är en optisk kombinerare.

7. System enligt nàgot av de föregående kraven, kännetecknat av att ett flertal av nämnda diagnostiska ljuskällor är kopplade till ett första funktionsmod selektormedel för transmission från nämnda diagnostiska ljuskällor till nämnda ställe och av ett andra funktions- modselektormedel är kopplat för att transmittera diag- nostiskt ljus fràn nämnda tumörställe till nämnda åt- minstone en ljusdetektor, varvid ljus från nämnda tera- peutiska ljuskälla blockeras fràn att transmitteras mot nämnda ställe genom nämnda funktionsmod selektormedel.

8. System enligt krav 7, kännetecknat av att en aktiv diagnostisk ljusskälla är kopplad till en av nämnda modselektormedel med hjälp av en anordning som är vald från gruppen som innefattar: en optiskkombinerare, en icke- mekanisk optisk omkopplare, två icke-mekaniska optiska omkopplare, och en 2xN icke-mekanisk optisk omkopplare.

9. System enligt nàgot av krav 1 till 6, kännetecknat av att varje funktionsmod selektormedel har ett liknande flertal diagnostiska ljuskällor, som är kopplade till vart och ett av nämnda funktionsmod selektor- medel för transmission till nämnda ställe, varvid i bruk enbart en diagnostisk ljuskälla är samtidigt aktiv eller nämnda funktionsmod selektormedel är konfigurerat för att koppla enbart en diagnostisk ljuskälla ät gängen för trans- mission av nämnda diagnostiska ljus till nämnda ställe. 10 15 20 25 30 35 597 164 050721 EK P:\5529_Spectxacure\P\002\SE\Svaro1nàl'05n722\P55290002_050721_svensk_óversàttningjacentkrav.doc lfi

10. System enligt krav 9, kännetecknat av att ett liknande flertal diagnostiska ljuskällor är kopplade till vart och ett av nämnda funktionsmod selektormedel med hjälp av en optisk kombinerare.

11. System enligt krav 10, kännetecknat av att ljusledarnas andra ändar är behandlade med ett material som uppvisar en temperaturberoende fluorescensemission.

12. System enligt något av de föregående kraven, kännetecknat av att nämnda ljuskällor är källor för ko- herent ljus med en enda fast våglängd och/eller lysdioder.

13. System enligt krav 11-12, kännetecknat av att fluorescens registreras genom samma ljusledare som trans- mitterar diagnostiskt ljus till stället.

14. System enligt krav 13, kännetecknat av att för interaktiv fotodynamisk terapi en eller flera av ljus- fibrerna, vilka är behandlade med materialet som uppvisar en temperaturkänslig fluorescensemission, är konfigurerade för att mäta temperaturen pà stället, av att ljuset som i bruk skickas till stället uppvärmer behandlingsstället, och av att intensiteten av ljuset som i bruk skickas är styrd med hjälp av den uppmätta temperaturen för att reglera temperaturen pà stället vid de enskilda ljusledarna.

15. System enligt något av de föregående kraven, kännetecknat av att nämnda interaktiva terapi och diagnos innefattar följande funktionsmoder som kan väljas med hjälp av nämnda funktionsmods selektormedel: interaktiv interstitiell fotodynamisk tumörterapi, fototermisk tumörterapi som använder hypertermi, och tumör- diagnostik, varvid dessa funktionsmoder i bruk används alternativt under loppet av samma behandlingstillfälle för nämnda tumörställe.