WO1998052644A1 - System zur photodynamischen behandlung von lebewesen, deren organen und/oder geweben - Google Patents

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WO1998052644A1
WO1998052644A1 PCT/EP1998/002933 EP9802933W WO9852644A1 WO 1998052644 A1 WO1998052644 A1 WO 1998052644A1 EP 9802933 W EP9802933 W EP 9802933W WO 9852644 A1 WO9852644 A1 WO 9852644A1
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sensor
tissue
light source
light
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PCT/EP1998/002933
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Günther Hofmann
Tibor Nagypal
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Hofmann Guenther
Tibor Nagypal
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    • A61B2017/00022—Sensing or detecting at the treatment site
    • A61B2017/00057—Light

Definitions

  • the invention relates to a system for the photodynamic treatment of living beings, their organs and / or tissues, comprising a device in which a light source which can be controlled by means of a computer which is advantageously connected to a self-adapting database is provided, and at least one Photosensitizer.
  • the photodynamic treatment of living organisms, their organs and / or tissues is based on the fact that special photosensitizers trigger biophotochemical effects in the body.
  • photosensitizers are used, which after administration to the patient preferentially accumulate in the tumor tissue with a significantly higher concentration, based on the normal tissue.
  • the photosensitizer thus becomes the marker of the proliferating cells, the fluoromethical detection being used for radiation diagnosis by irradiation, and the photosensitizers by photochemically toxic conversion in the selective therapy of proliferating cells, i. H. can be used in the fight against cancer.
  • the treatment is carried out in that a photosensitizer is added to the body and after a waiting period of up to 3 days, light is emitted into the tissue to be treated with the aid of a light source for an empirically determined time without optimal regulation.
  • the object of the present invention was therefore to provide a system which does not have the disadvantages mentioned.
  • A a device in which a light source which can be controlled with respect to the intensity, the time and / or the spectral bands with the aid of a computer provided with at least one so-called expert database and possibly at least one sensor for determining the reaction of the treated animal, its tissue and / or Organs is provided, the sensor being connected to the same computer which determines the individual data of the healthy tissue determined by the sensor as so-called individual target values with the help of the expert database and / or the individual data of the treated tissue ascertained by the sensor as so-called therapy data with the aid of a So-called work database is analyzed and compared with a comparator with the individual target values and / or data from the expert database and controls the light source according to the result of the comparison, and
  • the light source and thus the light with respect to the intensity and / or spectral bands and / or time is determined by means of a computer with the aid of the databases mentioned in order to achieve a predetermined spectral pattern (photon energy pattern), preferably one Sequence of patterns, controlled.
  • a predetermined spectral pattern photon energy pattern
  • Spectral patterns are to be understood as a time-variable and / or spectrally structured light which consists of one or more spectral bands.
  • the simplest spectral pattern can be characterized using a four-dimensional vector in which the vector coordinates are the energy of the band, the bandwidth, the mean band wavelength and the time. These four vectors are specified via a corresponding computer of the light source, the computer being preset according to the individual data.
  • the computer is provided with an expert database.
  • key data for therapeutic treatment are already available on the computer, so that for the treatment of a certain type of proliferative cells, i. H. a certain type of tumor or cancer, clinically proven spectral patterns can already be used, which means that there is no need for lengthy experimentation.
  • the computer will preferably be connected to sensors for recording data of the tissue to be treated.
  • the computer can be provided with a comparator for comparing the data recorded by the sensor or sensors with that of the expert database, as a result of which it can be determined immediately whether the tissue responds to the spectral pattern in the desired manner.
  • the sensors can also preferably be connected to a so-called work database, which processes the determined data of the tissue to be treated as individual therapy data for the comparator in order to compare this data with the data from the expert database.
  • a so-called work database which processes the determined data of the tissue to be treated as individual therapy data for the comparator in order to compare this data with the data from the expert database.
  • these can also be designed to record data of the healthy tissue, which are preferably passed on to the expert database as individual target values at the beginning of the therapy and, if necessary, are used to determine the control conditions of the light source with the aid of the expert database, wherein the comparator compares the acquired target values of the healthy tissue with the actual values (therapy values) of the proliferating cells during the therapy and the light source is controlled accordingly.
  • a beam coupler for the targeted introduction of the light rays into the tissue can be connected upstream of the light source, whereby an optimal utilization of the light radiation is achieved.
  • the beam coupler can have a lens and / or light guide and / or mirror system for aligning and / or selecting the light beams.
  • a reflection prism or cone can be switched on for aligning and / or focusing the light rays in the beam path.
  • a light guide system for aligning and / or selecting the light beams can be provided. All of this serves the purpose of specifically developing the photon energy pattern already mentioned above.
  • the devices provided in the beam coupler for aligning and / or selecting the light beams for the geometric design of the surface to be irradiated can be mutually adjustable, which has the purpose that the radiation is aimed exclusively at the diseased tissue and healthy tissue is not detected by the radiation .
  • sensor couplers can be connected upstream of the sensors to selectively record the data of the tissue to be treated.
  • the sensor couplers can be constructed analogously to the beam couplers in order to analyze the photon patterns in this way and to pass them on to the computer in a correspondingly prepared manner.
  • the sensor coupler can also have electrodes and / or measuring probes for the additional determination of physical, electrophysiological and / or physiological-chemical measurement data.
  • the concentration of oxygen, preferably of different oxygen states, of metabolic compounds such as glucose, phosphates, amino acids, proteins, lactic acid, enzymes, radicals, amines, of ions such as Na + , Ka + , Ca 2+ , of C0 can be used as therapy-relevant data 2
  • the concentration of various oxygen states, the temperature, the concentration of glucose and / or lactic acid are preferably recorded as data.
  • the light source can be designed as a broadband light source, which is followed by a light distributor and one or more spectral band filters and / or intensity modules.
  • a simple light source can thus be used, and the device is also ready for a wide variety of applications, since adaptation is possible simply by changing the light distributor and / or the spectral band filter and / or intensity modules.
  • each component can be separately controllable in order to be able to generate a finer spectral pattern in this way.
  • the light source can also be designed as an intensity-controllable laser, where appropriate a plurality of lasers can be provided, as a result of which then Light distributors and spectral band filters can be dispensed with.
  • a broadband light source with a downstream spectral band filter and / or intensity modules can also be combined with an intensity-controlled laser, which enables combined treatment of tissues if this is classified as cheap, with the additional result that the device is highly universal.
  • the spectral band filters and / or intensity modules or the intensity-controlled laser can be followed by a light integrator, with the light integrator being common to all units in the case of combined designs.
  • the output of the light integrator can be connected directly to the input of the beam coupler.
  • the sensors are preferably designed for the separate acquisition of the spectral pattern and / or electrophysiological and / or physiological-chemical data, preferably photobiological and / or metabolistic data, which ensures that each signal is acquired separately and can also be processed in this form.
  • the sensor for determining the spectral pattern can have monochromators and / or, optionally controllable, filters and / or spectral analyzers, which enables an accurate analysis of the spectral patterns reported by the tissue.
  • each of the sensors can be followed by a data converter which is matched to the data to be determined and which then transmits these data to the work database in a correspondingly processed manner.
  • the system according to the invention comprises at least one photosensitizer which can be supplied to the life being to be treated, its organ (s) and / or tissues in all common forms. Administration is preferably by injection or infusion. In general, between 0.15-5 mg photosensitizer / kg body weight, depending on the organ to be treated, the size of the proliferating cell tissue, ie the proliferation such as a tumor, cancer, are dosed and generally after the administration of 0.5-96 hours Enrichment in the tissue to be treated waited with the photodynamic treatment.
  • porphyrins such as. B. HpD (hematoporphyrin derivative), HDE (dihematoporphyrin ether), Photofrin®, which is a mixture of essentially dimeric and oligomeric dihematoporphyrin ether, of which the trimeric ether according to formula I and according to formula ⁇ is one of the essential compounds of Photofrin®, namely the Na Connection of hematoporphyrin ether (ester).
  • HpD hematoporphyrin derivative
  • HDE dihematoporphyrin ether
  • Photofrin® which is a mixture of essentially dimeric and oligomeric dihematoporphyrin ether, of which the trimeric ether according to formula I and according to formula ⁇ is one of the essential compounds of Photofrin®, namely the Na Connection of hematoporphyrin ether (ester).
  • chlorines such as 5, 10, 15, 20-tetra (m-hydroxyphenyl) chlorine (Foscan®) or mTHPC according to the formula m, MACE (monoaspartylchlorine) or Npe6 (a product of Nippon Petrochemicals Ltd, Japan)
  • pheophorbides such as pheophorbide a of formula V.
  • Preferred photosensitizers are also benzoporphyrin derivatives (BPD), as represented in formula VI,
  • Rl R 2 and means -C ⁇ 2Me
  • R 3 (CH 2 ) 2C0 2 Me or (CH2) 2CO 2 H
  • BPDMA and BPDMB can be named as representatives.
  • phthalocyanines such as. B. the zinc phthalocyanine (ZnPc) or the disulfonated aluminum phthalocyanine of the formula vTJI
  • Porphins like TPPS4 Mesotetrasulfonatophenylporphin
  • Porphycene like ATMPn Purpurins like SnET2 (Tinethyletiopurpurin) Texaphyrins like Lu-Tex (Lutetium Texaphyrin)
  • endogenous photosensitizers in situ in the living being, its organs and / or tissues, in which compounds, such as ⁇ -aminolevulinic acid, are supplied in the usual form and administration, which stimulate the formation of endogenous photosensitizers.
  • the photosensitizers mentioned can be used individually or in a mixture.
  • the wave ranges for the excitation of the photosensitizers in the course of photodynamic therapy are largely known, as is their production.
  • proliferating cells of all kinds including vessels and / or tumors, cancerous ulcers, coronary stenoses
  • the targeted use of photosensitizers and the described device which works with a controlled and adapted light pattern, means that it is significantly higher To achieve effectiveness over the known systems and to selectively destroy the proliferating cells.
  • Fig. 1 shows a conventional treatment device.
  • FIG. 2 shows a modified treatment device in which the light source can be controlled via experimentally determined data.
  • FIG. 3 schematically illustrates a first embodiment of a beam coupler with a broadband light source.
  • Fig. 4 shows a modified design of the beam coupler for a broadband light source.
  • FIG. 5 shows a beam coupler with optical fibers, a separate fiber being provided for each spectrum.
  • FIG. 6 shows a configuration similar to FIG. 5, with only one fiber strand starting from the light source, which then splits depending on the number of spectral bands.
  • FIG. 7 shows the construction of the controllable light source, which has a broad-spectrum band-emitting light source.
  • FIG. 8 shows a configuration similar to FIG. 7, but for intensity-controllable lasers.
  • FIG. 9 shows a combined design which has a broad-spectrum band-emitting light source and a plurality of intensity-controllable lasers.
  • 10 shows an overall compilation of the device used according to the invention, which in addition to the radiation part also has a sensor part for determining tissue data.
  • FIG. 11 illustrates the structure of a sensor coupler and the connection to the tissue.
  • FIG 14 illustrates an overall design of the device with intensity-controllable lasers, the control being carried out by means of an expert database without feedback from the tissue.
  • FIG. 15 shows an embodiment analogous to FIG. 14, which additionally has sensor couplers and sensors for determining tissue data changed by the irradiation.
  • the tissue 1 of the patient is irradiated with a light source 2, which is acted upon by a power supply 3.
  • This light source 2 can be switched via an on and off device 4.
  • the light source is placed at a distance from the patient's tissue, so that a rather unspecific radiation hits the tissue, whereby considerable radiation losses to the surroundings cannot be ruled out.
  • FIG. 2 shows the device used according to the invention, in which the tissue 10 to be treated and / or healthy is connected via a beam coupler 11 to a light source 12, the intensity and / or spectral pattern of which can be controlled.
  • Pattern control electronics 13 are provided for this control and are controlled by a computer 14. Both the light source 12 and the pattern control electronics 13 and the computer 14 are supplied by a current source 15. Is inside the calculator an expert database 16 is provided, in which empirically determined data for the treatment of the tissue to be irradiated are stored.
  • the beam coupler 11 is brought up to the tissue to be treated in such a way that the field irradiated by the beam coupler corresponds to the tissue to be treated.
  • the beam coupler receives the light beams or the spectral pattern via the beam output 17 of the light source 12, which is connected to the pattern control electronics 13 via the lines 18.1 to 18.n.
  • the number of lines 18 depends on the number of bands or spectral ranges with which the light source is exposed.
  • the pattern control electronics 13 receives the corresponding control commands via the control signal output 19 from the computer 14, which takes the corresponding data from the expert database.
  • FIGS. 3-6 schematically show different variants of the beam coupler 11, FIG. 3 showing a beam coupler made up of lenses 20 and deflecting mirrors 21.
  • the pattern output by the beam coupler 11 can be changed by appropriate selection or arrangement of the lenses and corresponding pivoting of the mirrors 21.
  • the beam output 17 acts on a beam coupler 11, in which the light rays strike a refractive cone or a refractive prism 22, the reflected light rays being directed onto the tissue 10 via deflecting mirrors 21.
  • the beam coupler is designed as an optical fiber bundle, with a predetermined number of optical fibers 23, etc. the fibers 23.1 to 23. n is made. Each of these fibers transmits a specific spectral range, so that the commonality of the light fibers then emits a predetermined spectral pattern to the tissue 10. 6 that a single fiber bundle 24 leads away from the beam exit 17, which is divided along the way into a fiber bundle 24.1 to 24.n, a specific spectral pattern also being achievable through this division.
  • 7 shows the structure of the intensity and / or spectrally controllable light sources 12, which is acted upon by the pattern control electronics via the lines 18.1 to 18.n.
  • This light source has a broad spectral band emitting light source 25, which is connected to a light distributor and / or diaphragm 26.
  • the light emanating from the light distributor and / or diaphragm 26 is forwarded via a line 27 to the spectral band filter 28.1 to 28.n and broken down there into a corresponding spectral band pattern.
  • This spectral band pattern is then fed via lines 29 to intensity modulators 30.1 to 30. n, which then feed the intensity-modulated light beams via line 31 to a light integrator 32.
  • the light entering the light integrator is fed to the beam coupler via the beam output 17 and is then emitted from it to the tissue 10.
  • the spectral band filters 28.1 to 28.n can be controlled via a spectral filter 33 which is acted upon by the pattern control electronics 13 via the lines 18.x to 18.y.
  • the intensity modulators 30.1 to 30.n can be controlled via corresponding modulator control electronics 34, which are also supplied with data by the pattern control electronics 13 via a line 18.n.
  • this pattern control electronics 13 is supplied with data from the expert database 16 by the computer 14 via a signal output 19.
  • At least one intensity-controllable laser 35.1 is provided as the light source instead of a broad-spectrum band-emitting light source, and - as can be seen from FIG. 8 - there may be an indefinite number up to 35.n.
  • These intensity-controllable lasers are connected via lines 36.1 to 36.n to intensity control devices, via which the lasers can be acted upon accordingly.
  • the light emerging from the intensity-controllable lasers, which already have a special spectral band due to the laser formation, is fed again via line 31 'to the light integrator 32, which then acts on the beam coupler 11 again via the beam output 17. Due to the individual controllability of the intensity-controllable lasers 35.1 to 35.
  • each of the spectral bands can be controlled separately with regard to the intensity and / or time. 7, where the intensity modulators then have to be controlled via special modulator control electronics 34, the spectral filter control 33 also having to be acted upon accordingly, and so on. in cooperation with the modulator control electronics 34.
  • FIG. 9 The embodiment variant shown in FIG. 9 is a combination of the embodiments of FIGS. 7 and 8, the same reference numerals as in FIGS. 7 and 8 being used. This gives the possibility of achieving even more precise regulation of the irradiation, since the laser beams can be associated with the rays coming from the broad-spectrum band as a supplement, so that very narrow spectral ranges can be amplified in order to achieve the desired irradiation.
  • the variant according to FIG. 10, as a preferred embodiment, has the embodiment already described for FIG. 2 as the irradiation part, but a data acquisition part is additionally provided, which consists of a sensor coupler 37, a sensor 38, a sensor data input 39 and a sensor controller 40 .
  • the sensor coupler 37 is connected to the sensors 38 via corresponding lines 41, a corresponding sensor control channel 42 and a sensor data channel 42 ′ leading to the sensor control.
  • a work database 43, a comparator 44 and an adaptive control system 45 are also provided in the computer 14.
  • the direction of the reaction is determined via the adaptive control system and, depending on the determined value and trend, the sensor control 40 and the pattern control electronics are then acted upon accordingly, so that the pattern control electronics 13 then adjusts the intensity and / or spectrally controllable light source 12 in such a way that the desired reaction direction is achieved.
  • the sensor is also doped appropriately via the sensor controller 40 in order to have the sensor ready for receiving the changed data.
  • the sensor coupler 37 can be constructed similarly to the beam coupler 11, it being possible for a lens system and / or a light guide system and / or mirror system or a combination of these systems to be present within this sensor coupler. These configurations correspond approximately to the structure shown in FIGS. 3 to 6. This lens system and / or light guide system and / or mirror system is denoted by 45 in FIG. 11.
  • electrodes 46 and other measuring probes 47 can also be present, by means of which electropotentials, oxygen concentrations or other physical and / or physiological-chemical measurement data, as stated above, can be obtained.
  • the electrodes 46 can be surface and / or probe electrodes or microelectrodes which can derive and detect potential differences present in the tissue.
  • the other measuring probes can be used continuously or discontinuously to record the concentration or its changes in a wide variety of substances, as already listed.
  • measuring probes can be used to record geometric positions, volumes, masses and vibrations. Tissue impedance, NADH, MPA, blood flow and / or circulation can also be measured. All of these data can be used for tumor diagnosis and subsequently for information about the success of photodynamic therapy. In particular, the Combination of the measurement of oxygen, temperature, glucose and / or lactic acid has proven to be particularly favorable.
  • the evaluation in sensor 38 is then shown in FIG. 12, the measurements of the spectral analysis in spectral sensor 48, the chemical-physiological and electro-physiological data in sensor 49 and the other sensor data in sensor 50 being recorded via line 41.
  • Each of these sensors is preceded by a special controller 51, 52 and 53, which are acted on by lines 54, 55, 56 from the sensor data controller 57, which are acted on by the sensor controller 42.
  • the sensor data are derived from the data output of the spectral control 51, the parameter control 52 or 53 and are also added to the sensor data control 57, which then feeds the sensor data via line 43 to the sensor data input 39 of the computer 14.
  • monochromators and / or filters or controllable filters and / or spectral analyzers 58 are provided, which are acted upon by the spectral sensor controller 51, which in turn receives the commands from the sensor controller 40 via the line 42 .
  • the data determined by the monochromators and / or filters and / or controllable filters or spectral analyzers 58 are fed to the sensor data controller 57 via a photoelectric converter 59 and the corresponding data output 54.
  • the 10 can also be controlled so that the data supplied via the sensor coupler 37, the sensors 38, the sensor data channel 42 'and the computer 14 are those which are read from a healthy tissue part. These data are then entered into the expert database 16 as so-called target values and the tissue is irradiated via the light source 12 and the beam coupler 10, the reaction of the tissue being determined again via sensors.
  • the setpoint data of the expert database ascertained about the healthy tissue are then compared with the data ascertained by the sensors of the diseased tissue after the irradiation in the comparator 44 and via the Working database evaluated, in which case the adaptive control system 45 again evaluates the direction of the reaction.
  • FIG. 14 shows an irradiation device analogous to FIG. 2, etc. a device equipped with intensity-controllable lasers 35.1 to 35.n, the lasers being acted upon by lines 14.1 to 36.n from the computer 14 via a D / A converter and an address and data separator.
  • a holder for the beam coupler for attachment to the tissue 10 is designated.
  • the input and monitoring unit is generally indicated at 61.
  • the device shown in FIG. 15 corresponds to the device shown in FIG. 10, the irradiation device again being formed by lasers that can be controlled by intensity and / or wavelength.
  • the sensor 38 has a controllable spectrophotometer and a pH probe, each of which has a D / A converter and is connected to the computer via an address and data selector.
  • the irradiation part of the system corresponds to that of FIG. 14.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur photodynamischen Behandlung von Lebewesen, deren Organen und/oder Geweben, umfassend ein Gerät, bei welchem eine mittels eines Rechners steuerbare Lichtquelle, und ggf. ein Sensor vorgesehen sind, und wenigstens einen Photosensibilisator.

Description

System zur photodynamischen Behandlung von Lebewesen, deren Organen und/oder Geweben
Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur photodynamischen Behandlung von Lebewesen, deren Organen und/oder Geweben, umfassend ein Gerät, bei welchem eine mittels eines Rechners , der vorteilhafterweise mit einer sich selbst adaptierenen Datenbank verbunden ist, steuerbare Lichtquelle vorgesehen ist, und wenigstens einen Photosensibilisator.
Die photodynamische Behandlung von Lebewesen, deren Organen und/oder Geweben beruht darauf, daß im Körper durch spezielle Photosensibilisatoren biophotochemische Effekte ausgelöst werden.
Für diese Therapie von proliferierenden Zellen, wie z. B.Krebszellen, werden Photosensibilisatoren eingesetzt, die nach Verabreichung an den Patienten sich vorzugsweise im Tumor-Gewebe mit einer signifikant höheren Konzentration, bezogen auf das Normal-Gewebe, anreichern. Der Photosensibilisator wird damit zum Marker der proliferierenden Zellen, wobei durch Bestrahlung der fluoromethsche Nachweis zur Tumordiagnose benutzt und die Photsensibilisatoren durch photochemisch-toxische Umsetzung bei der selektiven Therapie von proliferierenden Zellen, d. h. bei der Krebsbekämpfung, eingesetzt werden können.
Bei den bekannten photodynamischen Therapien erfolgt die Behandlung dadurch, daß ein Photosensibilisator dem Körper zugeführt und nach einer Wartezeit bis zu 3 Tagen Licht mit Hilfe einer Lichtquelle für eine empirisch bestimmte Zeit ohne optimale Regelung in das zu behandelnde Gewebe emittiert wird.
Dies hat den Nachteil, daß die therapeutische Wirkung der durch die Lichtemission hervorgerufenen Photoneninteraktion zwischen Photosensibilisator und der Umgebung der proliferierenden Zellen nicht ausreichend gesteuert und kontrolliert wird, um den auf den jeweiligen Patienten abgestimmten bestmöglichen Erfolg zu erzielen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein System zur Verfügung zu stellen, daß die genannten Nachteile nicht aufweist.
Erfindungsgemäß gelingt dies durch Bereitstellung eines System zur photodynamischen Behandlung von Lebewesen, deren Geweben und/oder Organen umfassend
A, ein Gerät, bei welchem eine hinsichtlich der Intensität, der Zeit und/oder der Spektralbänder mit Hilfe eines mit wenigstens einer sogenannten Expertendatenbank versehenen Rechners steuerbare Lichtquelle und ggf. wenigstens ein Sensor zur Ermittlung der Reaktion des behandelten Lebewesens, dessen Gewebes und/oder Organs vorgesehen ist, wobei der Sensor mit demselben Rechner verbunden ist, der die vom Sensor ermittelten individuellen Daten des gesunden Gewebes als sogenannte individuelle Sollwerte mit Hilfe der Expertendatenbank festgelegt und/oder die vom Sensor ermittelten individuellen Daten des behandelten Gewebes als sogenannte Therapiedaten mit Hilfe einer sogenannten Arbeitsdatenbank analysiert und mit Hilfe eines Komparators mit den individuellen Sollwerten und/oder Daten der Expertendatenbank vergleicht und entsprechend dem Resultat des Vergleichs die Lichtquelle steuert, und
B, wenigstens einem Photosensibilisator, der dem zu behandelnden
Lebewesen, dessen Gewebe und/oder Organen zuzuführen oder dort zu generieren ist.
Bei dem erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Gerät wird die Lichtquelle und damit das Licht bezüglich der Intensität und/oder Spektralbänder und/oder Zeit mittels eines Rechners unter Zuhilfenahme der genannten Datenbanken zur Erzielung eines vorgegebenen Spektralmusters (Photonenenergiemusters), vorzugsweise einer Sequenz von Mustern, gesteuert. Dadurch wird es möglich, die Strahlungsintensität und die Wellenlänge bzw. die Spektralstruktur dem jeweiligen Photosensibilisator und den ggf. jeweils erfaßten biophotocherhischen Vorgängen anzupassen, wobei auch ein zeitlich veränderliches Spektralmuster in das zu therapierende Gewebe emittiert wird.
Unter Spektralmuster ist dabei ein zeitveränderliches und/oder spektralstrukturiertes Licht zu verstehen, welches aus einem oder mehreren Spektralbändern besteht. Das einfachste Spektralmuster kann mittels eines vierdimensionalen Vektors charakterisiert werden, bei welchem die Vektorkoordinaten die Energie des Bandes, die Bandbreite, die mittlere Bandwellenlänge und die Zeit sind. Diese vier Vektoren werden über einen entsprechenden Rechner der Lichtquelle vorgegeben, wobei der Rechner den individuellen Daten entsprechend, voreingestellt wird.
Zur Erzielung des vorgegebenen Spektralmusters ist der Rechner mit einer Expertendatenbank versehen. Damit liegen bereits aufgrund klinischer Erfahrungen ermittelte Eckdaten zur therapeutischen Behandlung im Rechner vor, so daß zur Behandlung einer bestimmten Art von proliferiemden Zellen, d. h. einer bestimmten Art Tumore oder Krebs, bereits auf klinisch erprobte Spektralmuster zurückgegriffen werden kann und sich damit ein unter Umständen langwieriges Experimentieren erübrigt.
Um zu ermitteln, ob das an das Gewebe abgegebene Spektralmuster die erwünschte Wirkung zeigt, wird vorzugsweise der Rechner mit Sensoren zur Erfassung von Daten des zu behandelnden Gewebes verbunden sein. Dabei kann der Rechner mit einem Komparator zum Vergleich der von dem oder den Sensoren erfaßten Daten mit jenen der Expertendatenbank versehen sein, wodurch sofort ermittelt werden kann, ob das Gewebe auf das Spektralmuster in der erwünschten Weise anspricht.
Dabei können die Sensoren außerdem noch vorzugsweise mit einer sogenannten Arbeitsdatenbank in Verbindung stehen, die die ermittelten Daten des zu behandelnden Gewebes als individuelle Therapiedaten für den Komparator aufarbeitet, um diese Daten mit den Daten der Expertendatenbank zu vergleichen. Dadurch ist es möglich, Vorgaben aus der Expertendatenbank im Hinblick auf die individuell vom Gewebe zurückgemeldeten Daten zu korrigieren und dementsprechend die Lichtquelle zu steuern, um eine auf das jeweilige Individuum abgestellte optimale Wirkung der Therapie zu erzielen. In weiterer Folge wird dadurch eine Selbstadaption der Expertendatenbank im Hinblick auf eine Therapieoptimierung erzielt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausbildung der Sensoren können diese auch zur Erfassung von Daten des gesunden Gewebes ausgebildet sein, die vorzugsweise zu Beginn der Therapie an die Expertendatenbank als individuelle Sollwerte weitergegeben werden und ggf. zur Festlegung der Steuerbedingungen der Lichtquelle mit Hilfe der Expertendatenbank dienen, wobei der Komparator während der Therapierung die erfaßten Sollwerte des gesunden Gewebes mit den Istwerten (Therapie-Werten) der proliferierenden Zellen vergleicht und dementsprechend die Steuerung der Lichtquelle erfolgt.
Der Lichtquelle kann ein Strahlkoppler zum gezielten Einbringen der Lichtstrahlen in das Gewebe vorgeschaltet sein, womit eine optimale Ausnützung der Lichtstrahlung erreicht ist. Dabei kann der Strahlkoppler ein Linsen- und/oder Lichtleiter und/oder Spiegelsystem zum Ausrichten und/oder Selektieren der Lichtstrahlen aufweisen.
Damit ist es möglich, die entsprechenden Spektralmuster gezielt auszubilden und die Strahlen entsprechend ausgerichtet in das Gewebe einzubringen. Zum gleichen Zweck kann zum Ausrichten und/oder Seiektrieren der Lichtstrahlen in den Strahlengang ein Reflexionsprisma oder -kegel eingeschaltet sein. Bei einer weiteren Ausführung des Strahlkopplers kann ein Lichtleitersystem zum Ausrichten und/oder Selektieren der Lichtstrahlen vorgesehen sein. All das dient zu dem bereits oben angeführten Zweck der gezielten Ausbildung des Photonenenergiemusters. Weiters können die im Strahlkoppler vorgesehenen Einrichten zum Ausrichten und/oder Selektieren der Lichtstrahlen zur geometrischen Gestaltung der zu bestrahlenden Fläche zueinander verstellbar sein, was den Zweck hat, daß die Bestrahlung ausschließlich auf das kranke Gewebe ausgerichtet wird und gesundes Gewebe durch die Bestrahlung nicht erfaßt wird. Um den Sensoren die vom Gewebe erzeugten Daten gezielt zuzuführen, können den Sensoren Sensorenkoppler zum gezielten Erfassen der Daten des zu behandelnden Gewebes vorgeschaltet sein. Dabei können die Sensorenkoppler den Strahlkopplern analog aufgebaut sein, um solcherart die Photonenmuster zu analysieren und entsprechend aufbereitet an den Rechner weiterzugeben. Dabei kann der Sensorkoppler zusätzlich zu den Linsen und/oder Spiegel und/oder Lichtleitersystemen noch Elektroden und/oder Meßsonden zur zusätzlichen Ermittlung physikalischer, elektrophysiologischer und/oder physiologisch-chemischer Meßdaten haben. Dabei können als therapierelevante Daten die Konzentration von Sauerstoff, vorzugsweise von unterschiedlichem Sauerstoffzuständen, von metabolischen Verbindungen wie Glucose, Phosphate, Aminosäuren, Proteine, Milchsäure, Enzyme, Radikale, Amine, von Ionen wie Na+, Ka+ ,Ca2+, von C02, der pH-Wert, die Körpertemperatur, die Strömungsgeschwindigkeiten von (Körper-) Flüssigkeiten, die Licht- und/oder Photonen-Emissionen aller Art und/oder elektrische Aktivitäten, wie intra- /extracellulare Potentiale und/oder deren Veränderungen erfaßt werden. Vorzugsweise werden als Daten die Konzentration von verschiedenen Sauerstoffzuständen, die Temperatur, die Konzentration von Glucose und/oder Milchsäure erfaßt.
Anhand der Messung dieser physikalischen und/oder physiologisch-chemischer Daten ist es möglich, die biologische Reaktion der Zellen, vorzugsweise die Vernichtung abnormer, ggf. bösartiger Zellen zu beurteilen.
Die Lichtquelle kann als Breitbandlichtquelle ausgebildet sein, der ein Lichtverteiler sowie ein oder mehrere Spektralbandfilter und/oder Intensitatsmodulen nachgeschaltet sind. Damit kann eine einfache Lichtquelle verwendet werden, wobei auch das Gerät für verschiedenste Anwendungen bereit ist, da durch bloßes Verändern des Lichtverteilers und/oder der Spektralbandfilter und/oder Intensitätsmodulen eine Adaption möglich ist. Dabei kann bei mehreren Spektralbandfiltern und/oder Intensitätsmodulen jede Komponente gesondert steuerbar sein, um solcherart ein feineres Spektralmuster erzeugen zu können. Für bestimmte Anwendungsgebiete kann die Lichtquelle auch als intensitätssteuerbarer Laser ausgebildet sein, wobei gegebenenfalls eine Mehrzahl von Lasern vorgesehen sein kann, wodurch sich dann Lichtverteiler und Spektralbandfilter erübrigen können. Es kann aber auch eine Breitbandlichtquelle mit nachgeschaltetem Spektralbandfilter und/oder Intensitätsmodulen mit einem intensitätsgesteuerten Laser kombiniert sein, was eine kombinierte Behandlung von Geweben ermöglicht, falls dies als günstig eingestuft wird, wobei zusätzlich noch erreicht wird, daß eine hohe Universialität des Gerätes vorliegt. Damit das über die Strahlkoppler einzubringende Licht bereits entsprechend aufbereitet dem Strahlkoppler zugeleitet wird, kann den Spektralbandfiltern und/oder Intensitätsmodulen bzw. dem intensitätsgesteuerten Laser ein Lichtintegrator nachgeschaltet sein, wobei bei kombinierten Ausbildungen der Lichtintegrator für alle Einheiten gemeinsam ist. Dabei kann der Ausgang des Lichtintegrators direkt mit dem Eingang des Strahlkopplers verbunden sein.
Um eine gezielte Erfassung der Daten zu ermöglichen, sind die Sensoren vorzugsweise zur getrennten Erfassung der Spektralmuster und/oder elektrophysiologischer und/oder physiologisch-chemischer Daten, vorzugsweise photobiologischer und/oder metabolistischer Daten, ausgebildet, wodurch erreicht wird, daß jedes Signal getrennt erfaßt und auch in dieser Form verarbeitbar ist. Dabei kann der Sensor zur Ermittlung der Spektralmuster Monochromatoren und/oder, gegebenenfalls steuerbare, Filter und/oder Spektralanalysatoren aufweisen, wodurch eine genaue Analyse der von dem Gewebe rückgemeldeten spektralen Muster ermöglicht ist.
Für eine besonders genaue Bearbeitung der von den Sensoren ermittelten Daten, kann jedem der Sensoren ein auf die zu ermittelnden Daten abgestimmter Datenumwandler nachgeschaltet sein, der diese Daten dann entsprechend verarbeitet der Arbeitsdatenbank übermittelt.
Das erfindungsgemäße System umfaßt wenigstens einen Photosensibilisator, der dem zu therapierenden Lebenwesen, dessen Organ(en) und/oder Geweben in allen üblichen Formen zugeführt werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Verabreichung durch Injektion oder Infusion. Im allgemeinen werden zwischen 0,15 - 5 mg Photosensibilisator/kg Körpergewicht abhängig von dem zu behandelnden Organ, der Größe des proliferierenden Zellgewebes, d. h. der Proliferation wie eines Tumors, Krebs, dosiert und im allgemeinen nach der Verabreichung 0,5 - 96 Stunden zur Anreicherung im zu behandelnden Gewebe mit der photodynamischen Behandlung gewartet.
Als exogene Photosensibilisatoren eignen sich vorzugsweise Porphyrine, wie z. B. HpD (Hämatoporphyrinderivat), HDE (Dihämatoporphyrinether), Photofrin®, das eine Mischung aus im wesentlichen dimeren und oligomeren Dihämatoporphyrinether ist, wovon der trimere Ether gemäß Formel I und gemäß Formel π eine der wesentlichen Verbindungen von Photofrin®, nämlich die Na-Verbindung von Hämatoporphyrinether (ester).
Figure imgf000009_0001
mit Me = Methyl, PH = Phenyl
Figure imgf000009_0002
worin die Reste R (wie R2) gleich oder verschieden, für O CH oder CH=CH , stehen und n eine ganze Zahl von 0 - 5 bedeutet;
CH ,
oder Photosan®, eine Poly-Hämatorporphyrin-Natrium, oder Toposan®.
Weiterhin bevorzugte Gruppen von photosensiblen Verbindungen, die in dem erfindungsgemäßen System verwendet werden, sind Chlorine, wie 5, 10, 15, 20- Tetra(m-hydroxyphenyl)chlorin (Foscan®) oder mTHPC gemäß Formel m, MACE (Monoaspartylchlorin) oder Npe6 (ein Produkt der Nippon Petrochemicals Ltd, Japan)
Figure imgf000010_0001
und Hypericine, wie die das Hypericin gemäß Formel IV mit X = H, oder Pseudohypericin mit X = OH
Figure imgf000011_0001
Ebenso geeignet sind als Photosensibilisatoren Pheophorbide, wie Pheophorbid- a der Formel V.
Figure imgf000011_0002
Bevorzugte Photosensibilisatoren sind auch Benzoporphyrinderivate (BPD), wie sie in der Formel VI dargestellt werden,
Figure imgf000012_0001
Rl = R2 und bedeutet -Cθ2Me
R3 = (CH2)2C02Me oder (CH2)2CO2H
Als Vertreter sind BPDMA und BPDMB zu nennen.
Merocyanine, wie z. B. das Merocyanin 540 (MC 540) dargestellt in der Formel VII
Figure imgf000012_0002
und die Gruppe der Phthalocyanine, wie z. B. das Zinkphthalocyanin (ZnPc) oder das disulfonierte Aluminium-Phthalocyanin der Formel vTJI
Figure imgf000013_0001
weiterhin sind als exogene Photosensibilisatoren geeignet
Porphine wie TPPS4 (Mesotetrasulfonatophenylporphin) Porphycene wie ATMPn Purpurine wie SnET2 (Zinnethyletiopurpurin) Texaphyrine wie Lu-Tex (Lutetium Texaphyrin)
Darüberhinaus ist es auch möglich, endogene Photosensibilisatoren in situ im Lebewesen, dessen Organen und/oder Geweben zu generieren, in dem Verbindungen, wie δ-Aminolevulinsäure, in üblicher Form und Darreichung zugeführt werden, die die Bildung von endogenen Photosensibilisatoren anregen.
Die genannten Photosensibilisatoren können einzeln oder in Mischung eingesetzt werden. Die Wellenbereiche für die Anregung der Photosensibilisatoren im Zuge der photodynamischen Therapie sind weitgehend bekannt, ebenso deren Herstellung.
Die meisten Vertreter der genannten Verbindungen sind käuflich erwerbbar.
Mit dem erfindungsgemäßen System können proliferierende Zellen jeder Art, u. a. Gefäß und/oder Tumore, Krebsgeschwüre, Koronarstenosen, photodynamisch sehr erfolgreich therapiert werden. Überraschenderweise gelingt es nämlich, durch den gezielten Einsatz von Photosensibilisatoren und dem beschriebenen Gerät, das mit gesteuertem und adaptiertem Lichtmuster arbeitet, eine um signifikante höhere Wirksamkeit gegenüber den bekannten Systemen zu erzielen und die proliferierenden Zellen selektiv zu vernichten.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Gerätes in Form schematischer Blockdarstellungen der Komponenten wiedergegeben.
Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Behandlungsgerät.
Fig. 2 gibt ein modifiziertes Behandlungsgerät wieder, bei welchem über experimentell ermittelte Daten die Lichtquelle steuerbar ist.
Fig. 3 veranschaulicht schematisch eine erste Ausbildung eines Strahlkopplers mit einer Breitbandlichtquelle.
Fig. 4 gibt eine abgeänderte Ausbildung des Strahlkopplers für eine Breitbandlichtquelle wieder.
Fig. 5 zeigt einen Strahlkoppler mit Lichtleiterfasern, wobei für jedes Spektrum eine eigene Faser vorgesehen ist.
Fig. 6 gibt eine der Fig. 5 ähnliche Ausbildung wieder, wobei von der Lichtquelle nur ein Faserstrang ausgeht, der sich dann je nach Anzahl der Spektralbander aufspaltet.
Fig. 7 zeigt den Aufbau der regelbaren Lichtquelle, welche eine Breitspektralband emittierende Lichtquelle aufweist.
Fig. 8 gibt eine der Fig. 7 ähnliche Ausbildung, jedoch für intensitätssteuerbare Laser, wieder.
Fig. 9 zeigt eine kombinierte Ausbildung, welche eine Breitspektralband emittierende Lichtquelle und mehrere intensitätssteuerbare Laser aufweist. Fig. 10 zeigt eine Gesamtzusammenstellung des erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Gerätes, welches zusätzlich zum Bestrahlungsteil auch einen Sensorteil zur Ermittlung von Gewebsdaten aufweist.
Fig. 11 veranschaulicht den Aufbau eines Sensorkopplers und die Verbindung zum Gewebe.
Fig. 12 gibt dann schematisch den Aufbau des Sensors als solchen wieder.
Fig. 13 gibt den Spektralsensor in größerem Detail wieder.
Fig. 14 veranschaulicht eine Gesamtausbildung des Gerätes mit intensitätssteuerbaren Lasern, wobei die Steuerung mittels einer Expertendatenbank ohne Rückmeldung aus dem Gewebe erfolgt.
Fig. 15 zeigt eine der Fig. 14 analoge Ausbildung, welche zusätzlich noch Sensorkoppler und Sensoren zur Ermittlung von durch die Bestrahlung geänderten Gewebsdaten besitzt.
Bei der bekannten Ausbildung gemäß Fig. 1 wird das Gewebe 1 des Patienten mit einer Lichtquelle 2 bestrahlt, die von einer Stromversorgung 3 beaufschlagt ist. Diese Lichtquelle 2 ist dabei über eine Ein- und Ausschaltvorrichtung 4 schaltbar. Wie ersichtlich, wird die Lichtquelle in bezug auf das Gewebe des Patienten distanziert plaziert, sodaß eine eher unspezifische Strahlung auf das Gewebe eintrifft, wobei beachtliche Strahlungsverluste an die Umgebung nicht ausgeschlossen werden können.
Figur 2 zeigt das erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Gerät, bei dem das zu therapierende und/oder gesunde Gewebe 10 über einen Strahlkoppler 11 mit einer Lichtquelle 12 verbunden, deren Intensität und/oder Spektralmuster steuerbar ist. Für diese Steuerung ist eine Mustersteuerelektronik 13 vorgesehen, die über einen Rechner 14 angesteuert wird. Sowohl die Lichtquelle 12 als auch die Mustersteuerelektronik 13 und der Rechner 14 sind von einer Stromquelle 15 versorgt. Innerhalb des Rechners ist eine Expertendatenbank 16 vorgesehen, in welcher empirisch ermittelte Daten für die Behandlung des zu bestrahlenden Gewebes abgelegt sind.
Für den Betrieb der Vorrichtung wird der Strahlkoppler 11 so an das zu behandelnde Gewebe herangebracht, daß das vom Strahlkoppler bestrahlte Feld dem zu behandelnden Gewebe entspricht. Der Strahlkoppler empfängt die Lichtstrahlen bzw. das Spektralmuster über den Strahlenausgang 17 der Lichtquelle 12, welche über die Leitungen 18.1 bis 18.n, mit der Mustersteuerelektronik 13 verbunden ist. Die Anzahl der Leitungen 18 richtet sich nach der Anzahl der Bänder bzw. Spektralbereiche mit welcher die Lichtquelle beaufschlagt ist. Die Mustersteuerelektronik 13 bekommt die entsprechenden Steuerbefehle über den Steuersignalausgang 19 vom Rechner 14, der die entsprechenden Daten aus der Expertendatenbank entnimmt.
In den Fig. 3 - 6 sind verschiedene Varianten des Strahlkopplers 11 schematisch wiedergegeben, wobei Fig. 3 einen aus Linsen 20 und Umlenkspiegeln 21 aufgebauten Strahlkoppler wiedergibt. Durch entsprechende Wahl bzw. Anordnung der Linsen und entsprechendes Verschwenken der Spiegel 21 kann eine Änderung des vom Strahlkoppler 11 ausgegebenen Musters erfolgen.
Gemäß Fig. 4 beaufschlagt der Strahlausgang 17 einen Strahlkoppler 11 , bei welchem die Lichtstrahlen auf einen Brechungskegel oder ein Brechungsprisma 22 auftreffen, wobei die reflektierten Lichtstrahlen über Umlenkspiegel 21 auf das Gewebe 10 geleitet werden.
Gemäß Fig. 6 ist der Strahlkoppler als Lichtleitfaserbündel ausgebildet, wobei eine vorgegebene Anzahl von Lichtfasern 23, u.zw. die Fasern 23.1 bis 23. n besteht. Jede dieser Fasern übermittelt einen bestimmten Spektralbereich, sodaß die Gemeinsamkeit der Lichtfasern dann ein vorgegebenes Spektralmuster an das Gewebe 10 abgibt. Diese Ausfuhrungsvariante kann gemäß Fig. 6 dadurch abgeändert werden, daß ein einziges Faserbündel 24 vom Strahlausgang 17 wegführt, welches am Weg in ein Faserbündel 24.1 bis 24.n aufgeteilt wird, wobei durch diese Aufteilung gleichfalls ein bestimmtes Spektralmuster erreichbar ist. In Fig. 7 ist der Aufbau der intensitäts- und/oder spektralsteuerbaren Lichtquellen 12 wiedergegeben, wobei diese von der Mustersteuerelektronik über die Leitungen 18.1 bis 18.n beaufschlagt ist. Die in Fig. 7 angeführten Leitungen 18.x und 18.y sind Leitungen der Gruppe 18.1 bis 18.n und führen ebenfalls von der Mustersteuerelektronik 13 zu dem jeweils notwendigen Teil der intensitäts- und/oder spektralsteuerbaren Lichtquelle 12. Diese Lichtquelle weist eine Breitspektralband emittierende Lichtquelle 25 auf, die mit einem Lichtverteiler und/oder Blende 26 verbunden ist. Das von dem Lichtverteiler und/oder Blende 26 ausgehende Licht wird über eine Leitung 27 an das Spektralbandfilter 28.1 bis 28.n weitergeleitet und dort in ein entsprechendes Spektralbandmuster zerlegt. Dieses Spektralbandmuster wird dann über Leitungen 29 Intensitatsmodulatoren 30.1 bis 30. n, welche dann die intentitätsmodulierten Lichtstrahlen über die Leitung 31 einem Lichtintegrator 32 zugeführt. Das in den Lichtintegrator eintretende Licht wird über den Strahlausgang 17 dem Strahlkoppler zugeleitet und von diesem dann an das Gewebe 10 abgestrahlt. Die Spektralbandfilter 28.1 bis 28.n sind über ein Spektralfilter 33 steuerbar, welches über die Leitungen 18.x bis 18.y von der Mustersteuerelektronik 13 beaufschlagt ist. Die Intensitätsmodulatoren 30.1 bis 30.n sind über eine entsprechende Modulatorsteuerelektronik 34 steuerbar, welche über eine Leitung 18.n ebenfalls von der Mustersteuerelektronik 13 mit Daten versorgt wird. Wie schon in Fig. 2 angeführt, wird diese Mustersteuerelektronik 13 über einen Signalausgang 19 vom Rechner 14 mit Daten aus der Expertendatenbank 16 versorgt.
Gemäß Fig. 8 ist anstelle einer Breitspektralband emittierenden Lichtquelle 25 als Lichtquelle wenigstens ein intensitätssteuerbarer Laser 35.1 vorgesehen, wobei -wie aus Fig. 8 ersichtlich ist - eine unbestimmte Zahl bis 35.n vorhanden sein kann. Diese intensitätssteuerbaren Laser sind über Leitungen 36.1 bis 36.n mit Intensitätssteuereinrichtungen verbunden, über welche die Laser entsprechend beaufschlagbar sind. Das aus den intensitätssteuerbaren Lasern, die aufgrund der Laserausbildung bereits ein spezielles Spektralband aufweisen, austretende Licht wird über die Leitung 31' wieder dem Lichtintegrator 32 zugeführt, der dann über den Strahlausgang 17 wieder den Strahlkoppler 11 beaufschlagt. Durch die einzelne Steuerbarkeit der intensitätssteuerbaren Laser 35.1 bis 35. n kann jedes der Spektralbänder hinsichtlich der Intensität und/oder Zeit gesondert gesteuert werden, was auf einfachere Weise erfolgen kann als bei der Ausbildung gemäß Fig. 7, wo dann die Intensitätsmodulatoren über eine spezielle Modulatorsteuerelektronik 34 gesteuert werden muß, wobei auch die Spektralfiltersteuerung 33 entsprechend beaufschlagt werden muß, u.zw. im Zusammenwirken mit der Modulatorsteuerelektronik 34.
Die in der Fig. 9 wiedergegebene Ausführungsvariante ist eine Kombination der Ausführungen der Fig. 7 und 8, wobei die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 7 und 8 verwendet sind. Dies gibt die Möglichkeit, eine noch genauere Regelung der Bestrahlung zu erreichen, da die Laserstrahlen den von der Breitspektralband emittierenden Lichtquelle kommenden Strahlen als Ergänzung beigeordnet werden können, so daß hier ganz schmale Spektralbereiche verstärkt werden können, um so die gewünschte Bestrahlung zu erzielen.
Die Ausführungsvariante gemäß Fig. 10, als bevorzugte Ausführungsform, weist als Bestrahlungsteil die bereits zu Fig. 2 beschriebene Ausführung auf, jedoch ist zusätzlich noch ein Datenerfassungsteil vorgesehen, welcher aus einem Sensorkoppler 37, einem Sensor 38, einem Sensordateneingang 39 und einer Sensorsteuerung 40 besteht. Der Sensorkoppler 37 ist über entsprechende Leitungen 41 mit den Sensoren 38 verbunden, wobei zur Sensorsteuerung ein entsprechender Sensorsteuerkanal 42 und ein Sensordatenkanal 42' führt. Innerhalb des Rechners 14 ist zusätzlich zu der Sensorsteuerung 40 und dem Sensordateneingang 39 noch eine Arbeitsdatenbank 43, ein Komparator 44 und ein adaptives Kontrollsystem 45 vorgesehen.
Bei dieser Ausführung wird über den Strahlkoppler von der Lichtquelle 12 kommendes Licht in das zu therapierende und/oder gesunde Gewebe entsprechend den Werten der Expertendatenbank 16 über den Rechner 14 abgegeben. Gleichzeitig wird über den Sensorkoppler 37, die Leitung 41 und den Sensor 38 die Reaktion des Gewebes auf das abgegebene Licht ermittelt, wobei die entsprechenden Sensordaten über den Sensordatenkanal 42', den Sensordateneingang 39, dem Rechner 14 zugeführt werden. Dieser Rechner verarbeitet dann die Daten des Sensordateneinganges über die Arbeitsdatenbank 43 und den Komparator 44, welcher die über den Sensordateneingang 39 emmittelten Daten mit jenen der Expertendatenbank 16 vergleicht. Über das adaptive Kontrollsystem 45 werden dann diese Vergleichsdaten ausgewertet und ermittelt, ob das Gewebe Werte gibt, die jenen der Expertendatenbank näher liegen oder weiter entfernt sind. Dadurch wird über das adaptive Kontrollsystem die Reakfionsrichtung ermittelt und je nach ermitteltem Wert und Trend dann die Sensorsteuerung 40 und die Mustersteuerelektronik entsprechend beaufschlagt, sodaß die Mustersteuerelektronik 13 dann die intensitäts- und/oder spektralsteuerbare Lichtquelle 12 so verstellt, daß die gewünschte Reaktionsrichtung erreicht wird. In gleicher Weise wird auch über die Sensorsteuerung 40 der Sensor entsprechend neu dotiert, um solcherart den Sensor zum Empfang der geänderten Daten bereitzuhaben.
Der Sensorkoppler 37 kann dabei ähnlich aufgebaut sein wie der Strahlkoppler 11, wobei innerhalb dieses Sensorkopplers ein Linsensystem und/oder ein Lichtleitersystem und/oder Spiegelsystem bzw. eine Kombination dieser Systeme vorhanden sein kann. Diese Ausbildungen entsprechen etwa dem in den Fig. 3 bis 6 wiedergegebenen Aufbau. Dieses Linsensystem und/oder Lichtleitersystem und/oder Spiegelsystem ist in Fig. 11 mit 45 bezeichnet.
Zusätzlich zu diesem reinen Lichtsteuersystem können noch Elektroden 46 und sonstige Meßsonden 47 vorhanden sein, mittels welchen Elektropotentiale, Sauerstoffkonzentrationen oder sonstige physikalische und/oder physiologisch-chemische Meßdaten, wie oben angegeben, gewonnen werden können. Bei den Elektroden 46 kann es sich dabei um Oberflächen- und/oder Sondenelektroden bzw. Mikroelektroden handeln, die im Gewebe vorhandene Potentialunterschiede ableiten und erfassen können. Die sonstigen Meßsonden können zur Erfassung der Konzentration, bzw. deren Veränderungen, verschiedenster Substanzen, wie sie bereits aufgeführt sind, kontinuierlich oder diskontinuierlich verwendet werden.
Darüberhinaus können Meßsonden zur Erfassung von geometrischen Positionen, Volumen, Massen und Vibrationen dienen. Auch die Gewebeimpedanz, NADH, MPA, Durchblutungs- und/oder Zirkulation kann, gemessen werden. All diese Daten können zur Tumordiagnose und in weiterer Folge zur Auskunft über den Erfolg der photodynamischen Therapie herangezogen werden. Insbesondere hat sich dabei die Kombination der Messung von Sauerstoff, Temperatur, Glucose und/oder Milchsäure als besonders günstig erwiesen.
In Fig. 12 wird dann die Auswertung im Sensor 38 wiedergegeben, wobei über die Leitung 41 die Messungen der Spektralanalyse im Spektralsensor 48, die chemisch-physiologischen und elektro-physiologischen Daten im Sensor 49 und die sonstigen Sensordaten im Sensor 50 erfaßt werden. Jedem dieser Sensoren ist eine spezielle Steuerung 51 , 52 und 53 vorgeschaltet, welche über Leitungen 54, 55, 56 von der Sensordatensteuerung 57 beaufschlagt sind, die über die Sensorsteuerung 42 beaufschlagt sind. Die Sensordaten werden vom Datenausgang der Spektralsteuerung 51 der Parametersteuerung 52 oder 53 abgeleitet und ebenfalls der Sensordatensteuerung 57 zugegeben, welche die Sensordaten dann über die Leitung 43 dem Sensordateneingang 39 des Rechners 14 zuleitet.
Bei den in Fig. 13 wiedergegebenen Details des Spektralsensors 48 sind Monochromatoren und/oder Filter bzw. steuerbare Filter und/oder Spektralanalysatoren 58 vorgesehen, die über die Spektralsensorsteuerung 51 beaufschlagt sind, welche ihrerseits wieder über die Leitung 42 von der Sensorsteuerung 40 die Befehle erhält. Die von den Monochromatoren und/oder Filtern und/oder steuerbaren Filtern bzw. Spektralanalysatoren 58 ermittelten Daten werden über einen photoelektrischen Umwandler 59 und den entsprechenden Datenausgang 54 der Sensordatensteuerung 57 zugeleitet.
Die Ausbildung gemäß Fig. 10 kann auch so gesteuert sein, daß die über die Sensorkoppler 37, die Sensoren 38, den Sensordatenkanal 42' und dem Rechner 14 zugeleitete Daten jene sind, die von einem gesunden Gewebsteil abgelesen werden. Diese Daten werden dann der Expertendatenbank 16 als sogenannte Sollwerte eingegeben und das Gewebe über die Lichtquelle 12 und den Strahlkoppler 10 bestrahlt, wobei die Reaktion des Gewebes wieder über Sensoren ermittelt wird. Es werden dann die über das gesunde Gewebe ermittelten Solldaten der Expertendatenbank mit den von den Sensoren des kranken Gewebes nach der Bestrahlung ermittelten Daten im Komparator 44 verglichen und über die Arbeitsdatenbank ausgewertet, wobei dann das adaptive Kontrollsystem 45 wieder die Richtung der Reaktion auswertet.
Die in Fig. 14 wiedergegebene Ausführungsvariante zeigt eine der Fig. 2 analoge Bestrahlungseinrichtung, u.zw. ein mit intensitätssteuerbaren Lasern 35.1 bis 35.n ausgerüstetes Gerät, wobei die Laser über Leitungen 36.1 bis 36. n vom Rechner 14 über D/A-Konverter und einen Adressen- und Datenseparator beaufschlagt sind. Mit 60 ist ein Halter für die Strahlkoppler zum Ansetzen an das Gewebe 10 bezeichnet. Die Eingabe- und Überwachungseinheit ist mit 61 generell angedeutet.
Das in Fig. 15 wiedergegebene Gerät entspricht dem in Fig. 10 dargestellten Gerät, wobei die Bestrahlungseinrichtung wieder durch intensitäts- und/oder wellenlängensteuerbare Laser gebildet ist. Der Sensor 38 weist dabei ein steuerbares Spektralphotometer und eine pH-Sonde auf, welche jeweils einen D/A-Konverter aufweisen und über einen Adress- und Datenselektor mit dem Rechner verbunden sind. Der Bestrahlungsteil der Anlage entspricht jenem der Fig. 14.

Claims

Patentansprüche
1. System zur photodynamischen Behandlung von Lebewesen und Geweben und/oder Organen umfassend
A. ein Gerät, bei welchem eine hinsichtlich der Intensität, der Zeit und/oder der Spektralbänder mit Hilfe eines mit wenigstens einer sogenannten Expertendatenbank versehen Rechners steuerbare Lichtquelle und ggf. wenigstens ein Sensor zu Ermittlung der Reaktion des behandelten Lebewesens und Gewebes und/oder Organs vorgesehen ist, wobei der Sensor unter Zuhilfenahme der Expertendatenbank zur Festlegung der vom Sensor ermittelten individuellen Daten des gesunden Gewebes als sogenannte individuelle Sollwerte und/oder unter Zuhilfenahme einer sogenannten Arbeitsdatenbank zur Analyse der vom Sensor ermittelten individuellen Daten des behandelten Gewebes als sogenannte Therapiedaten und unter Zuhilfenahme eines Komparators zum Vergleich dieser Daten mit den individuellen Sollwerten und/oder Daten der Expertenbank und zur Steuerung der Lichtquelle entsprechend diesem Vergleich mit demselben Rechner verbunden ist, und
B. wenigstens einen Photosensibilisator, der dem zu behandelnden Lebewesen, dessen Gewebe und/oder Organen zugeführt oder dort zu generieren ist.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtquelle (12) ein Strahlkoppler (11 ) zum gezielten Einbringen der Lichtstrahlung in das zu behandelnde Lebewesen, Gewebe und/oder Organ vorgeschaltet ist.
3. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Sensoren (38) Sensorenkoppler (37) zur gezielten Erfassung der Therapie-Daten bzw. der Soliwerte des zu behandelnden Lebewesens, Gewebes und/oder Organs vorgeschaltet sind.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkoppler (37) zusätzlich zu den Linsen- und/oder Lichtleiter- und/oder Spiegelsystemen
(45) zum Ausrichten und/oder Selektieren der Lichtstrahlen noch Elektroden
(46) und/oder Meßsonden (47) zur zusätzlichen Ermittlung physikalischer und/oder physiologisch-chemischer Meßdaten, vorzugsweise photobiologische, metabolistische Meßdaten enthält.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Breitbandlichtquelle (25) ist, bei der durch mehrere, nachgeschalteten Spektralbandfilter (28.1 - 28.n) und/oder Intensitätsmodule (30.1 - 30.n) jede einzelne Komponente gesondert steuerbar ist.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitbandlichtquelle (25) mit nachgeschalteten Spektralbandfiltern (28.1 - 28. n) und/oder Intensitätsmodulen (30.I - 30. n) mit einem oder mehreren intensitätsgesteuerten Laser(n) (35.1 - 35. n) kombiniert ist.
7. System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Spektralbandfiltern (28.I - 28.n) und/oder Intensitätsmodulen (30.I - 30.n) bzw. dem intensitätsgesteuerten Laser(n) (35.1 - 35. n) ein Lichtintegrator (32) nachgeschaltet ist, wobei bei kombinierten Ausbildungen der Lichtintegrator für alle Einheiten gemeinsam ist und ggf. der Lichtintegrator direkt mit dem Eingang (17) des Strahlkopplers (11 ) verbunden ist.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (38) zur getrennten Erfassung der Spektralmuster und/oder elektrophysiologischer und/oder physiologisch-chemischer, vorzugsweise photobiologischer und/oder metabolischer Daten ausgebildet sind.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Daten die Konzentration von gelöstem Sauerstoff, von metabolischen Verbindungen wie Glucose, Phosphate, Aminosäure, Proteine, Milchsäure, Enzyme, Radikale, Amine, von Ionen wie Na+, Ka+, Ca2+, von C02, der pH-Wert, die Temperatur, die Strömungsgeschwindigkeiten von Flüssigkeiten alle Arten von Licht- und/oder Photonenemmissionen und/oder elektrische Aktivitäten, wie intra- /extrazelluläre Potentiale, und/oder deren Veränderungen erfaßt werden.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Daten die Konzentration von Sauerstoff, Temperatur, Glucose und/oder Milchsäure erfaßt werden.
11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Photosensibilisator wenigstens ein exogener Photosensibilisator aus der Gruppe der Porphyrine, Chlorine, Phtalocyanine, Benzoporphyrinderivate, Hypericine, Merocyanine, Pheophorbide, Porphine, Porphycene, Purpurine, Texaphyrine oder wenigstens ein endogener Photosensibilisator, vorzugsweise δ-Aminolevulinsäure, eingesetzt wird.
12. System nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß als Photosensibilisator HpD, HDE, PHOTOFRIN®, TOPOSAN®, MACE, Npe6, Photosan®, 5, 10, 15, 20-Tetra(m-hydrocyhenyl)chlorin, disulfoniertes Aluminium-Phthalocyanin und/oder Zink-Phthalocyanin BPD, TPPS4, SnET2, Lutetium-Texaphyrin und/oder δ-Aminolevulinsäure eingesetzt wird.
13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur photodynamischen Therapie von proliferierenden Zellen, vorzugsweise solchen von Tumoren oder Krebs.
PCT/EP1998/002933 1997-05-23 1998-05-19 System zur photodynamischen behandlung von lebewesen, deren organen und/oder geweben WO1998052644A1 (de)

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