WO1987004632A1 - Device for therapeutical irradiation of organic tissue by laser radiation - Google Patents

Device for therapeutical irradiation of organic tissue by laser radiation Download PDF

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WO1987004632A1
WO1987004632A1 PCT/EP1987/000053 EP8700053W WO8704632A1 WO 1987004632 A1 WO1987004632 A1 WO 1987004632A1 EP 8700053 W EP8700053 W EP 8700053W WO 8704632 A1 WO8704632 A1 WO 8704632A1
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radiation
irradiation
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lasers
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PCT/EP1987/000053
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Gerhard Müller
Peter Greve
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Carl-Zeiss-Stiftung, Handelnd Als Carl Zeiss
Carl Zeiss
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    • A61N5/0614—Tanning

Definitions

  • the present invention relates to a device for the therapeutic irradiation of organic tissue according to the preamble of claim 1.
  • Such devices have become known as so-called mid or soft lasers. They are used for treatment in various fields, for example in rheumatology, dermatology, neurclogy or in dental medicine. Treatment with laser beams is painless and does not cause warming or a micro-chemical change in the tissue.
  • the laser radiation has a stimulating effect on cell activities and thus activates the body's own healing powers; Above all, it has an anti-inflammatory, anti-dreary and pain-relieving effect and is free of any side effects.
  • Mid lasers which contain a HeNe laser which emits radiation with a wavelength of 633 nm. This radiation is fed to the location of the radiation via flexible glass fibers. The originally polarized laser radiation is depolarized. Such lasers are preferably used for wound treatment.
  • Mid lasers are also known which additionally contain a second laser which emits radiation with a wavelength of 904 nm.
  • the beam is fed directly to the radiation site, i.e. without the interposition of optical elements. This makes such a device very difficult to handle.
  • the laser beam is guided over the radiation field in the form of a scanning grid.
  • This has the disadvantage that the power density is unevenly distributed over this field, since it is higher in and near the reversal points than in the areas in between.
  • this is pulsed, the pulse frequency being adjustable and reaching up to about 5 kHz in the upper range.
  • the semiconductor diodes used in this case only emit a low power on average over time, which is generally about 5 mW and below.
  • the laser working in the near infrared range emits radiation from the wavelength range 800-870 nm, preferably at 840 nm.
  • This radiation is emitted in continuous beam mode and expanded by an optical system to a desired diameter at the location of the radiation.
  • the laser which is advantageously designed as a GaAs semiconductor diode, emitting an average power of approximately 100 mW.
  • This enzyme absorbs photons from the incident laser radiation and these cause, among other things. a load carrier exchange.
  • Zeil membranes polarize and thus stimulate cell metabolism.
  • the continuous irradiation of the laser radiation has the effect that a certain number of photons per unit area and time is available at every point in the radiation field. With each occurrence of the abovementioned briefly existing absorption state of the enzyme, a sufficient number of photons are available in the wavelength range optimal for absorption, so that stimulation of the cell metabolism can take place. Since the power density of the radiation is evenly distributed over the irradiated field, the stimulating effects occur evenly distributed over this field.
  • the laser radiation is supplied to the radiation field via mirrors. This ensures that the polarized radiation emitted by the HeNe laser is not depolarized on its way to the radiation field, ie that it actually strikes it as polarized radiation. It has been found that by the closure of the wound is accelerated, so that 'acts, the apparatus highly stimulating to the Ephitelgewebe.
  • mirrors also allows the beam delivery to be designed very flexibly, so that it is easy to position the radiation field on the body to be treated.
  • the device according to the invention particularly advantageously contains an arrangement for internal power measurement.
  • This arrangement continuously displays the power of the emitted laser radiation and thus enables precise metering of the laser radiation striking the radiation field.
  • an LCD panel is advantageously arranged in the beam path in the device according to the invention.
  • the degree of alignment of the LCD crystals and thus the absorption of the polarized laser radiation can be controlled in a particularly simple manner by means of the voltage applied to the LCD plate.
  • Figure 1 shows the optical beam path in a schematic representation.
  • Fig. 2 is a perspective view of the device.
  • (1) denotes a HeNe laser emitting at ⁇ 33 nm.
  • the polarized radiation emitted by this passes through an LCD panel (2).
  • This plate consists of a thin liquid crystal layer which is arranged between two glass plates provided with transparent electrodes. A controllable voltage is applied between these electrodes via a control arrangement (3). The magnitude of this voltage regulates the intensity of the radiation passing through the plate (2).
  • a splitter mirror (4) is arranged behind the LCD plate (2), via which the radiation emitted by the laser diode (5) enters the beam path.
  • the laser diode (5) is designed as a GaAs diode, which emits at 840 nm and which operates in continuous wave (continuous wave) mode.
  • a condenser system (6) is used to generate a parallel beam path. Behind the mirror (4), the radiation emitted by the lasers (1 and 2) runs coaxially over the same radiation path and is influenced by the same components.
  • a partially reflecting mirror (7) is arranged in this beam path and directs a small percentage of the incident radiation onto a detector (8). This is followed by an amplifier (9) and a display instrument (10). This shows the power in the laser beam path.
  • the laser beam path is deflected via a mirror (11) which is arranged in a tubular housing (12) which can be rotated about an axis coinciding with the optical axis (13).
  • An optical system for beam expansion is arranged in the housing (12), which in the example shown is constructed as a Kepler system from the two collecting lenses (14, 15).
  • the lens (15) is in the direction of Arrow (l ⁇ ) can be moved.
  • a focus is formed in the beam path, is arranged in which a mode diaphragm (17) which is designed as an iris diaphragm 'and is also referred to as a spatial filter.
  • This diaphragm (17) serves to achieve a sharply defined boundary of the radiation field, the diameter of which is adjusted by moving the lens (15).
  • Another mirror (18) deflects the laser radiation out of the housing (12).
  • This mirror can be rotated about two mutually perpendicular axes with the help of only one actuating element.
  • the example of such a swivel mechanism is the subject of German utility model application G 85 35 100.8.
  • a filter (19) can also be swiveled in and out, as indicated by the double arrow. If the radiation is to be carried out with radiation from the laser (1), the filter (19) is pivoted out and the entire intensity of the radiation reaches the radiation field via the mirror (18). If the radiation is to be carried out with the radiation from the laser (5), the laser (1) remains switched on and the filter (19) is pivoted in. Only a portion of the radiation at 633 nm is transmitted through this filter. This enables precise positioning of the radiation field without triggering a therapeutic effect. Such a positioning option is important because the laser (5) emits in the near infrared and its radiation is therefore not visible. The observation field is thus illuminated by the visible radiation from the laser (1) with a sharp edge and it is precisely within this illuminated field that the therapeutically effective radiation from the laser (5) is uniformly distributed.
  • Fig. 2 shows an embodiment of the device according to the invention.
  • This tube can be pivoted in the direction of the double arrow (20). It has an operating ring (21) for axially displacing the lens (15), that is to say for adjusting the size of the radiation field, and an operating ring (22) for pivoting the mirror (18). All other components shown in Fig. 1 are housed in a housing (23) which has a control panel (24).
  • the display (10) of the radiation intensity is arranged in this field, furthermore control elements for pivoting the filter (19) in and out, for preselecting the duration of the radiation and for actuating the lasers (1) and (5).
  • the housing (23) is mounted on a table (24) which is arranged on a column (25). This column is mobile.
  • the therapeutic laser radiation can be directed in a simple manner onto a field to be treated in a standing, sitting or lying patient.

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Description

Beschreibung:
Vorrichtung zur therapeutischen Bestrahlung von organischem Gewebe mit Laserstrahlung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur therapeutischen Bestrahlung von organischem Gewebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Vorrichtungen sind als sogenannte Mid- oder Soft-Laser bekannt geworden. Sie werden zur Behandlung auf verschiedenen Gebieten, beispielsweise in der Rheumatologie, der Dermatologie, der Neurclogie oder in der Dental-Medizin eingesetzt. Die Behandlung mit Laserstrahlen ist schmerzlos und verursacht weder Erwärmung noch eine mαkrochemische Veränderung des Gewebes. Die Laserstrahlung wirkt stimulierend auf die Zellaktivitäten und aktiviert damit körpereigene Heilkräfte; sie wirkt vor allem antiphlogistisch, antiöde atös und schmerzstillend und ist dabei frei von irgendwelchen Nebenwirkungen.
Es sind Mid-Laser bekannt, die einen HeNe-Laser enthalten, der Strahlung einer Wellenlänge von 633 nm emittiert. Diese Strahlung wird über flexible Glasfasern dem Ort der Bestrahlung zugeführt. Dabei wird die ursprünglich polarisierte Laserstrahlung depolarisiert. Solche Laser werden vorzugsweise zur Wundbehandlung eingesetzt.
Weiterhin sind Mid-Laser bekannt, die zusätzlich einen zweiten Laser enthalten, der Strahlung einer Wellenlänge von 904 nm emittiert. Hier erfolgt die Strahlzuführung zum Ort der Bestrahlung direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung optischer Elemente. Dadurch ist eine solche Vorrichtung recht schwerfällig zu handhaben.
Bei diesen bekannten Mid-Lasern wird der Laserstrahl in Form eines Abtastrasters über das Bestrahlungsfeld geführt. Dies bringt den Nachteil mit sich, daß die Leistungsdichte über dieses Feld ungleich¬ mäßig verteilt ist, da sie in und nahe den Umkehrpunkten höher ist als in den dazwischenliegenden Bereichen. Bei den bekannten Mid-Lasern mit einem, bei 904 nm emittierenden Laser, wird dieser gepulst, wobei die Pulsfrequenz einstellbar ist und im oberen Bereich bis ca. 5 kHz reicht. Die verwendeten Halbleiterdioden -geben dabei im zeitlichen Mittelwert nur eine geringe Leistung ab, die im allgemeinen bei etwa 5 mW und darunter liegt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur therapeutischen Bestrahlung von organischem Gewebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß bei geringem Aufwand eine, gegenüber bekannten Vorrichtungen verbesserte therapeutische Wirksamkeit erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgerrπß durch eine Vorrichtung gelöst, welche die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angeführten Merkmale aufweist.
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung emittiert der im nahen Infrarotbereich arbeitende Laser Strahlung aus dem Wellenlängenbereich 800-870 nm, vorzugsweise bei 840 nm. Diese Strahlung wird im Dauer¬ strahlbetrieb abgegeben und durch ein optisches System auf einen gewünschten Durchmesser am Ort der Bestrahlung aufgeweitet.
Damit ist einmal erreicht, daß ein Bestrahlungsfeld einstellbarer Größe mit gleichmäßig verteilter Leistungsdichte beaufschlagt wird, wobei der Laser, der vorteilhaft als GaAs-Halbleiterdiode ausgebildet ist im zeitlichen Mittelwert eine Leistung von etwa 100 mW abgibt.
Durch die Wahl der Wellenlänge und die kontinuierliche Einstrahlung der Laserstrahlung wird eine signifikante Verbesserung der therapeutischen Wirkung erreicht. Beim Zellstoffwechsel organischer Zellen entsteht ein
Enzym (aus der Gruppe der Flavoproteide) , dessen Absorptionsfähigkeit
-3 kurzzeitig für eine Dauer <10 s bei etwa 840 nm am höchsten ist.
Dieses Enzym absorbiert aus der auftreffenden Laserstrahlung Photonen und diese bewirken u.a. einen Ladungsträger-Austausch. Dabei werden die
Zeil-Membranen polarisiert und damit der Zellstoffwechsel stimuliert.
Damit werden körpereigene Heilkräfte aktiviert. Die kontinuierliche Einstrahlung der Laserstrahlung bewirkt, daß an jeder Stelle des Bestrahlungsfeldes eine bestimmte Photonenzahl pro Flächen- und Zeiteinheit zur Verfügung steht. Damit stehen bei jedem Auftreten des erwähnten kurzzeitig existenten Absorptionszustandes des Enzyms eine ausreichende Anzahl von Photonen in dem für die Absorption optimalen Wellenlängenbereich zur Verfügung, so daß eine Stimulation des Zellstoffwechsels erfolgen kann. Da die Leistungsdichte der Bestrahlung über das bestrahlte Feld gleichmäßig verteilt ist, treten die stimulierenden Effekte gleichmäßig verteilt über dieses Feld auf.
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung erfolgt die Zuführung der Laserstrahlung zum Bestrahlungsfeld über Spiegel. Damit ist gewähr¬ leistet, daß die vom HeNe-Laser emittierte polarisierte Strahlung auf ihrem Weg zum Bestrahlungsfeld nicht depolarisiert wird, d.h., daß sie dort tatsächlich als polarisierte Strahlung auftrifft. Es hat sich gezeigt, daß dadurch der Wundverschluß beschleunigt wird, so daß' die Vorrichtung in hohem Maße stimulierend auf das Ephitelgewebe einwirkt.
Die Verwendung von Spiegeln erlaubt es auch die Strahlzuführung sehr flexibel zu gestalten, so daß es einfach ist das Bestrahlungsfeld auf dem zu behandelnden Körper zu positionieren.
Die Vorrichtung nach der Erfindung enthält besonders vorteilhaft eine Anordnung zur internen Leistungsmessung. Diese Anordnung zeigt die Leistung der emittierten Laserstrahlung kontinuierlich an und ermöglicht damit eine genaue Dosierung der auf das Bestrahlungsfeld auftreffenden Laserstrahlung.
Bei der Therapie mittels des HeNe-Lasers ist es notwendig dessen Intensität zu steuern. Dazu ist bei der Vorrichtung nach der Erfindung im Strahlengang vorteilhaft eine LCD-Platte angeordnet. Der Grad der Ausrichtung der LCD-Kristalle und damit die Absorption der polarisierten Laserstrahlung läßt sich in besonders einfacher Weise mittels der an die LCD-Platte angelegten Spannung steuern. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Fig. 1 und 2 der beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 den optischen Strahlengang in schematischer Darstellung;
Fig. 2 ein perspektivische Ansicht der Vorrichtung.
In Fig. 1 ist mit (1) ein bei ό33 nm emittierender HeNe-Laser bezeichnet. Die von diesem emittierte polarisierte Strahlung tritt durch eine LCD-Platte (2). Diese Platte besteht-aus einer dünnen Flüssig¬ kristall-Schicht, die zwischen zwei, mit durchsichtigen Elektroden versehenen Glasplatten angeordnet ist. Zwischen diesen Elektroden wird über eine Steuer-Anordnung (3) eine regelbare Spannung angelegt. Die Größe dieser Spannung regelt die Intensität der durch die Platte (2) tretenden Strahlung.
Hinter der LCD-Platte (2) ist ein Teilerspiegel (4) angeordnet, über den die von der Laserdiode (5) emittierte Strahlung in den Strahlengang gelangt. Die Laserdiode (5) ist als GaAs-Diode ausgebildet, die bei 840 nm emittiert und die im Dauerstrahl- (Dauerstrich-) Betrieb arbeitet. Ein Kondensor-System (6) dient zur Erzeugung eines Parallelstrahlen- ganges. Hinter dem Spiegel (4) verläuft die von den Lasern (1 und 2) emittierte Strahlung koaxial über denselben Strahlungsweg und wird von denselben Bauelementen beeinflußt. In diesem Strahlengang ist ein teilreflektierender Spiegel (7) angeordnet, der einen kleinen Prozentsatz der auftreffenden Strahlung auf einen Detektor (8) lenkt. Diesem ist ein Verstärker (9) und ein Anzeigeinstrument (10) nachgeordnet. Dieses zeigt die Leistung im Laserstrahlengang an.
Der Laserstrahlengang wird über einen Spiegel (11) umgelenkt, der in einem rohrförmigen Gehäuse (12) angeordnet ist, das um eine, mit der optischen Achse (13) zusammenfallende Achse drehbar ist. Im Gehäuse (12) ist ein optisches System zur Strahlaufweitung angeordnet, das im dargestellten Beispiel als Kepler-System aus den beiden sammelnden Linsen (14, 15) aufgebaut ist. Die Linse (15) ist in Richtung des Pfeiles (lό) verschiebbar. Zwischen den Linsen (14) und (15) entsteht ein Fokus im Strahlengang, in dem eine Modenblende (17) angeordnet ist, die als Irisblende 'ausgebildet ist und auch als Raumfilter bezeichnet wird. Diese Blende (17) dient dazu eine randscharfe Begrenzung des - Bestrahlungsfeldes zu erreichen, dessen Durchmesser durch Verschieben der Linse (15) eingestellt wird.
Ein weiterer Spiegel (18) lenkt die Laserstrahlung aus dem Gehäuse (12) aus. Dieser Spiegel ist um zwei zueinander senkrechte Achsen drehbar und zwar mit Hilfe nur eines Betätigungselementes. Die beispielsweise Ausbildung eines solchen Schwenkmechanismus ist Gegenstand der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung G 85 35 100.8.
Im Strahlengang (13) ist weiterhin ein Filter (19) ein- und ausschwenk¬ bar angeordnet, wie dies durch den Doppelpfeil angedeutet ist. Soll die Bestrahlung mit Strahlung des Lasers (1) durchgeführt werden, so ist das Filter (19) ausgeschwenkt und die gesamte Intensität der Strahlung gelangt über den Spiegel (18) zum Bestrahlungsfeld. Soll die Bestrahlung mit der Strahlung des Lasers (5) durchgeführt werden, so bleibt der Laser (1) eingeschaltet und das Filter (19) wird eingeschwenkt. Durch dieses Filter wird nur ein Teil der Strahlung bei 633 nm durchgelassen. Diese ermöglicht ein genaues Positionieren des Bestrahlungsfeldes ohne eine therapeutische Wirkung auszulösen. Eine solche Möglichkeit der Positionierung ist wichtig, da der Laser (5) im nahen Infrarot emittiert und seine Strahlung deshalb nicht sichtbar ist. Das Beobachtungsfeld wird also von der sichtbaren Strahlung des Lasers (1) randscharf beleuchtet und genau innerhalb dieses beleuchteten Feldes trifft gleichmäßig verteilt die therapeutisch wirksame Strahlung des Lasers (5) kontinuierlich auf.
Die Zeitdauer des therapeutischen Einsatzes wird durch eine Zeitschal¬ tung gesteuert, die direkt auf den Bewegungsmechanismus für das Filter (19) und auf den Laser (5) einwirkt und die beim Einschalten des Lasers (5) das Filter (19) einschwenkt und umgekehrt. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung. Man erkennt das rohrförmige Gehäuse (12), das die aus Fig. 1 ersicht¬ lichen Bauelemente enthält. Dieses Rohr ist in Richtung des Doppelpfeils (20) schwenkbar. Es weist einen Bedienungsring (21) zur Axialverschie¬ bung der Linse (15), d.h. also zur Einstellung der Größe des Bestrahlungsfeldes und einen Bedienungsring (22) zur Verschwenkung des Spiegels (18) auf. Alle übrigen aus Fig. 1 ersichtlichen Bauelemente sind in einem Gehäuse (23) untergebracht, das ein Bedienfeld (24) aufweist. In diesem Feld ist die Anzeige (10) der Strahlungsintensität angeordnet, ferner Bedienelemente zum Ein- und Ausschwenken des Filters (19), zur Vorwahl der Bestrahlungsdauer und zur Betätigung der Laser (1) und (5).
Das Gehäuse (23) ist auf einem Tisch (24) gelagert, der auf einer Säule (25) angeordnet ist. Diese Säule ist fahrbar.
Durch Positionieren der Säule (25) und durch Verschwenken des Rohres (12) sowie des Austrittsspiegels (18) läßt sich in einfacher Weise die therapeutische Laserstrahlung auf ein zu behandelndes Feld eines stehenden, sitzenden oder liegenden Patienten richten.
Es kann vorteilhaft sein die Säule (25) so auszubilden, daß der Tisch (24) in der Höhe verstellbar ist.

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur therapeutischen Bestrahlung von organischem Gewebe mit Laserstrahlung, enthaltend einen HeNe-Laser und einen im nahen Infrarotbereich arbeitenden zweiten Laser, sowie Mittel zur Zuführung der Laserstrahlung zum Ort der Bestrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Laser (5) im Dauerstrahl-Betrieb arbeitet und Strahlung aus dem Wellenlängenbereich 800-870 nm emittiert, daß ein optisches System (14, 15) zur Aufweitung des Laserstrahls auf einen gewünschten Durchmesser am Ort der Bestrahlung vorgesehen ist, und daß ι:ur Strahlumlenkung zwischen Laser (1, 5) und der Strahlaustrittsöffnung der Vorrichtung Spiegel (11, 18) dienen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Laser (5) Strahlung einer Wellenlänge von 840 nm emittiert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Laser (5) als Halbleiterdiode ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (7, 8, 9, 10) zur internen Leistungsmessung vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des HeNe-Lasers (1) eine, der Intensitätssteuerung dienende LCD-Platte (2) angeordnet ist.
PCT/EP1987/000053 1986-02-03 1987-02-03 Device for therapeutical irradiation of organic tissue by laser radiation WO1987004632A1 (en)

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EP (1) EP0257052A1 (de)
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