DE4235841A1 - Laser systems providing selective destruction esp. for HIV virus - has two tunable lasers for extracorporeal and intra-corporeal irradiation - Google Patents
Laser systems providing selective destruction esp. for HIV virus - has two tunable lasers for extracorporeal and intra-corporeal irradiationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich tung zur selektiven Zerstörung von malignen Tumorviren in Kör perflüssigkeiten und Zellsystemen von Lebewesen, insbesondere von AIDS-Viren im Blutkreislauf und definierten Körperregionen des Menschen, mittels Bestrahlung durch ein wellenlängen-abstim mbares Lasersystem.The invention relates to a method and a device device for the selective destruction of malignant tumor viruses in bodies perfluids and cell systems of living things, in particular of AIDS viruses in the bloodstream and defined body regions of humans, by means of radiation by means of a wavelength tuning mable laser system.
Welche einzelnen Zellmechanismen dafür verantwortlich sind, daß sich normale Zellen in Tumorzellen transformieren, ist bis heu te medizinisch nicht ausreichend geklärt. Bekannt ist jedoch, daß aus Tumorviren stammende Gensequenzen in eine normale Zelle eingebaut werden können.Which individual cell mechanisms are responsible for that normal cells transform into tumor cells until today medically inadequate. However, it is known that gene sequences from tumor viruses into a normal cell can be installed.
Bei RNS-Viren, sogenannten Retroviren, geschieht dies unter Mit hilfe der reversen Transcriptase, einer RNS-gesteuerten DNS- Polymerase, die von der Wirtszelle nach den Informationen der viralen RNS synthetisiert, der Rückübersetzung der Virus-RNS in eine komplementäre DNS dient, die dann die Erbinformation der Wirtszelle ändert und eventuell eine maligne Entwicklung ein leitet.In the case of RNA viruses, so-called retroviruses, this happens under Mit help reverse transcriptase, an RNA-driven DNA Polymerase by the host cell according to the information of the viral RNA synthesized, the reverse translation of the virus RNA in a complementary DNA serves as the genetic information of the Host cell changes and possibly a malignant development directs.
Die Krankheit AIDS (Aquired Immuno-Deficiency Syndrome), eine virusbedingte erworbene Immuninsuffizienz, wird durch einen zum Typ C gehörigen Retrovirus, dem HIV-Virus, verursacht. Dabei kommt es zur Störung des zellularen Immunsystems, verbunden mit einer Veränderung bis zum vollkommenen Fehlen der T-Helferzel len, die bei der Bildung von Antikörpern in den T-Lymphozyten, den Trägern der zellvermittelnden Immunität, mitwirken. Als Ant wort dieser andauernden Zerstörung der T-Helferzellen durch AIDS-Viren erfolgt eine Proliferation des lymphatischen Systems.AIDS (Aquired Immuno-Deficiency Syndrome), a acquired immune deficiency caused by virus is Type C associated retrovirus, the HIV virus. Here it comes to disruption of the cellular immune system, associated with a change to the complete absence of the T-helpers len, which are involved in the formation of antibodies in the T lymphocytes, the carriers of cell-mediating immunity. As an Ant word of this permanent destruction of the T helper cells AIDS viruses cause proliferation of the lymphatic system.
Viren vermehren sich grundsätzlich nur in lebenden Zellen und enthalten, z. B. wie im Falle des Retrovirus HIV, nur DNS. In der extrazellulären Ruhephase, in der das Virus als vollent wickeltes Partikel (Virion) vorliegt, erfolgt keinerlei Wachs tum. Die Reproduktion des Virus erfolgt allein durch seine Nu kleinsäure durch einen Einbau ins Genom der jeweiligen Wirts zelle und durch das Ausschalten dessen Regulationsmechanismen. Es ist deshalb möglich, das Virion vor seinem Zelleinbau gezielt chemisch oder mit elektro-magnetischer Strahlung anzugreifen. Auch im anschließenden intrazellulären Stadium ist dies möglich. Eine entsprechende Therapie muß jedoch darauf abgestimmt sein, daß dadurch keine malignen Zellreaktionen eingeleitet und gesun de Zellen zerstört werden.Viruses only multiply in living cells and included, e.g. B. as in the case of the retrovirus HIV, only DNA. In the extracellular resting phase, in which the virus is complete wrapped particle (Virion), there is no wax tum. The virus is reproduced solely by its nu small acid by incorporation into the genome of the respective host cell and by switching off its regulatory mechanisms. It is therefore possible to target the virion prior to its cell insertion attack chemically or with electromagnetic radiation. This is also possible in the subsequent intracellular stage. Appropriate therapy must be tailored to that no malignant cell reactions are initiated and healthy de cells are destroyed.
Insbesondere ist beim Blutkreislauf des Menschen ferner darauf zu achten, daß die darin enthaltenen Blutzellen durch die einge setzte Therapieform unbeschädigt bleiben und lediglich die Viren selektiv zerstört werden.In particular, the human blood circulation is also on it to ensure that the blood cells contained therein by the set therapy form remain undamaged and only the viruses be selectively destroyed.
Die Erfindung bedient sich dabei auch der Tatsache, daß Zellen und/oder biologisches Gewebe natürliche Farbstoffträger (Chromo phore) enthält, die eine Absorption von elektro-magnetischer Strahlung, insbesondere von Licht, in den sichtbaren Wellenlän genbereich verschieben. Dazu gehören beispielsweise Carotin oder Melanin. Ein analoges Absorptionsverhalten zeigen Chromoproteine wie Chlorophyll oder Hämoglobin, Eiweißkörper mit einer prosthe tischen Gruppe. Die prosthetische Gruppe repräsentiert dabei den nicht-eiweißhaltigen Anteil des Moleküls, der dessen biologi sche Funktion bestimmt, beispielsweise die Metallporphyrine im Hämoglobin, einem künstlichen Abbauprodukt des Hämoglobins. Diese Eigenschaft der Chromoproteine wird in der Photodynami schen Therapie (PDT) bereits klinisch verwendet. Es wird dabei ein Hämatoporphyrin-Derivat (HpD), beispielsweise das unter dem Handelsnamen Photofrin 11 am Markt befindliche Derivat, als Phophotosensibilisator systemisch applaziert. Photofrin II besteht aus mehreren Porphyrinringen, die über Ester- und Ätherverbin dungen miteinander vernetzt sind. Nach der Bestrahlung mit Licht einer bestimmten Wellenlänge wird die Substanz in einen aktiven Zustand übergeführt und zur Fluoreszenzemission angeregt. Bei der Freisetzung der aktivierten Energie entstehen ferner Reak tionsprodukte, die lokal zytotoxische Effekte ausüben und im Ge webe zum Zelltod führen.The invention also makes use of the fact that cells and / or biological tissue contains natural dye carriers (chromophore) which shift the absorption of electromagnetic radiation, in particular light, into the visible wavelength range. These include, for example, carotene or melanin. Chromoproteins such as chlorophyll or hemoglobin, protein bodies with a prosthetic group, show an analogous absorption behavior. The prosthetic group represents the non-protein-containing part of the molecule that determines its biological function, for example the metal porphyrins in hemoglobin, an artificial breakdown product of hemoglobin. This property of chromoproteins is already being used clinically in photodynamic therapy (PDT). A hematoporphyrin derivative (HpD), for example the derivative available on the market under the trade name Photofrin 11 , is systemically applied as a photosensitizer. Photofrin II consists of several porphyrin rings, which are cross-linked via ester and ether compounds. After irradiation with light of a certain wavelength, the substance is brought into an active state and excited to emit fluorescence. When the activated energy is released, reaction products also develop which have local cytotoxic effects and lead to cell death in tissue.
Entsprechende Chromoproteine können somit zur selektiven Viren markierung in seiner Ruhephase verwendet werden, wobei durch Be strahlung mit Licht einer definierten Wellenlänge photochemische Effekte am Virenkörper erzeugt werden können und diesen zerstör en. Gleichzeitig lassen sich auch mit denselben oder verwandten Chromoproteinen zytotoxische Effekte in der mit dem Virus be reits befallenen Zelle erzielen, wobei das Licht über speziell gestaltete Applikatoren intrakorporal an das befallene Gewebe areal zugeführt wird.Corresponding chromoproteins can thus become selective viruses marker used in its resting phase, whereby by Be radiation with light of a defined wavelength photochemical Effects on the virus body can be generated and destroy it en. At the same time, you can also use the same or related ones Chromoproteins cytotoxic effects in the be with the virus achieve already infested cell, taking the light over specifically designed applicators intracorporeally to the affected tissue areal is supplied.
Aus den Schriften DE 39 09 843 und DE 39 41 705 sind entsprech ende Verfahren und Vorrichtungen zur Bestrahlung von Hohlräumen in Lebewesen bekannt.From the documents DE 39 09 843 and DE 39 41 705 are corresponding End methods and devices for irradiating cavities known in living things.
Ferner ist aus der Schrift EP 0 39 41 22 die Herstellung eines Medikamentes zur Behandlung und Prävention von AIDS unter Ver wendung von Tetracyclinen bekannt geworden.Furthermore, EP 0 39 41 22 describes the production of a Medicament for the treatment and prevention of AIDS under Ver known use of tetracyclines.
Erfindungsgemäß wird ein Gerät zur selektiven Zerstörung tumor erzeugender Viren in Körperflüssigkeiten und Gewebesystemen von Lebewesen - insbesondere von HIV-Viren der Immuninsuffizienz AIDS im Blutkreislauf und organarealen des menschlichen Körpers - durch Bestrahlung mit einem wellenlängen - abstimmbaren Laser system vorgeschlagen.According to the invention, a device for the selective destruction of tumors producing viruses in body fluids and tissue systems of Living beings - especially HIV viruses from immune deficiency AIDS in the bloodstream and organ areas of the human body - by irradiation with a wavelength-tunable laser system proposed.
Das Lasersystem besteht dabei aus einer ersten Einheit zur ex trakorporalen Bestrahlung von intrakorporaler Flüssigkeit - ins besondere von Blut - und aus einer zweiten Einheit zur intrakor poralen Bestrahlung von organarealen - insbesondere im Bereich des Gaumens, des Magen-Darm-Traktes und der Lymphknoten.The laser system consists of a first unit for ex trakorporal irradiation of intracorporeal fluid - ins special of blood - and from a second unit to the intracor poral irradiation of organic areas - especially in the area of the palate, gastrointestinal tract and lymph nodes.
Die erste Einheit des Lasergerätes beinhaltet eine modifizierte und stark vereinfachte Ausführung einer extrakorporalen Hämodia lyse-Einheit, die über Doppellumenkatheter an Venen oder mittels eines SCRIBNER-Bypass oder CIMINO-Shunts an eine Vene und Ar terie angeschlossen ist. Blutdruck und -temperatur werden dabei mit faseroptischen Sensoren während des Blutflusses regelmäßig gemessen und die entsprechenden Daten dem Steuerrechner des Ge rätes zugeführt.The first unit of the laser device contains a modified one and greatly simplified execution of an extracorporeal hemodia lysis unit, via double-lumen catheter on veins or by means of a SCRIBNER bypass or CIMINO shunt on a vein and ar terie is connected. Blood pressure and temperature are there with fiber optic sensors during blood flow regularly measured and the corresponding data to the control computer of the Ge advised.
Im internen Bestrahlungsbereich des Gerätes wird das heparini sierte Blut beim Durchfließen der optischen Bestrahlungskammer mit kohärenter Strahlung einer Laserquelle, die durch eine op tische Abstimmeinheit auf eine spezifische, schmalbandige Wel lenlängenemission eingestellt ist, bestrahlt. Als kohärente Strahlenquelle wird entweder ein Alexandrit (Cr:Al2BeO4)-Laser oszillator mit einem abstimmbaren Wellenlängenbereich von 720-860 nm, ein Titan:Saphir (Ti:Al2O3)-Laseroszillator mit einem abstimmbaren Wellenlängenbereich von 650-1050 nm, ein Cr:LiSAF (Cr:LiSrAlF6)-Laseroszillator mit einem abstimmbaren Wellenlän genbereich von 750-1000 nm oder ein Cr:LiCAF (Cr:LiCaAlF6)-La seroszillator mit einem abstimmbaren Wellenlängenbereich von 700-900 nm verwendet. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, da das Chromoprotein Hämoglobin - sowohl in seiner hellroten, sauer stoffreichen, als auch dunkelroten, kohlendioxidreichen Expon ierung - im Wellenlängenbereich von 650-1100 nm ein Absorptions minimum besitzt. Sauerstoffreiches Blut besitzt insbesondere im Wellenlängenbereich um 700 nm ein absolutes Absorptionsminimum. Laserstrahlung dieses Wellenlängenintervalls wird deshalb über eine relativ große Schichtdicke von Hämoglobin nahezu ungehin dert transmittiert und zerstört die Blutzellen somit nicht. Die Laserstrahlung kann sowohl kontinuierlich als auch gepulst in der optischen Bestrahlungskammer applaziert werden.In the internal radiation area of the device, the heparinized blood is irradiated as it flows through the optical radiation chamber with coherent radiation from a laser source, which is set to a specific, narrow-band wavelength emission by an optical tuning unit. A coherent radiation source is either an alexandrite (Cr: Al 2 BeO 4 ) laser oscillator with a tunable wavelength range of 720-860 nm, a titanium: sapphire (Ti: Al 2 O 3 ) laser oscillator with a tunable wavelength range of 650-1050 nm, a Cr: LiSAF (Cr: LiSrAlF 6 ) laser oscillator with a tunable wavelength range of 750-1000 nm or a Cr: LiCAF (Cr: LiCaAlF 6 ) laser oscillator with a tunable wavelength range of 700-900 nm. This is particularly advantageous because the chromoprotein hemoglobin - both in its light red, oxygen-rich, as well as dark red, carbon dioxide-rich exposure - has an absorption minimum in the wavelength range of 650-1100 nm. Oxygen-rich blood has an absolute absorption minimum, especially in the wavelength range around 700 nm. Laser radiation of this wavelength interval is therefore transmitted almost unhindered over a relatively large layer thickness of hemoglobin and therefore does not destroy the blood cells. The laser radiation can be applied continuously as well as pulsed in the optical radiation chamber.
Die oben angeführten Festkörper-Lasersysteme schränken nicht die Anwendungsvielfalt von verwendbaren Lasersystemen ein, deren Emissionsspektrum in den Wellenlängenbereich von 650-1100 nm fällt und schmalbandig über diesen Bereich kontinuierlich abge stimmt werden kann. Festkörper-Lasersysteme sind jedoch im Ver gleich zu Gas- und Farbstoff-Lasersystemen wesentlich zuverläs siger und können kompakter aufgebaut werden.The solid-state laser systems listed above do not limit that Variety of uses of usable laser systems, their Emission spectrum in the wavelength range from 650-1100 nm falls and narrow band continuously abge over this area can be voted. Solid state laser systems are, however, in the Ver much more reliable than gas and dye laser systems siger and can be built more compact.
Vor der Bestrahlung werden dem Patienten oral oder perkutan in entsprechender Konzentration Chromoproteine verabreicht, die sich aufgrund ihrer molekularen Eigenschaften selektiv an die Hülle des Retrovirus anlagern oder bevorzugt von Zellverbänden aufgenommen werden, die mit diesem Retrovirus bereits befallen sind. Entscheidend für eine erfolgreiche Therapie ist, daß die se Chromoproteine eine ausgeprägte Absorption im Wellenlängen bereich von 650-1100 nm zeigen und so durch selektive Absorp tion der eingestellten Wellenlänge des Bestrahlungs-Lasers die Retroviren gezielt zerstört werden können. Die exakte Quantifi zierung der entsprechenden Chromoproteine erfolgt im Laborver such an Zell- und HIV-Kulturen.Before radiation, the patient is given orally or percutaneously appropriate concentration chromoproteins administered selectively adhere to the Attach the envelope of the retrovirus or preferably from cell assemblies who are already infected with this retrovirus are. It is crucial for successful therapy that the Chromoproteins have a pronounced absorption in the wavelength Show range of 650-1100 nm and so by selective absorption tion of the set wavelength of the radiation laser Retroviruses can be destroyed in a targeted manner. The exact quantifi The corresponding chromoproteins are ornamented in the laboratory look for cell and HIV cultures.
Die optische Bestrahlungskammer beinhaltet ferner einen klein volumigen Reaktionsraum, der durch zwei im Wellenlängenbereich von 650-1100 nm transparente optische Planfenster begrenzt wird. Der notwendige Blutfluß wird durch ein Pumpsystem außerhalb der Bestrahlungskammer aufrechterhalten. Innerhalb des Reaktions raumes wird der therapeutische Laserstrahl über ein optisches Spiegelsystem zweidimensional über die optischen Planfenster be wegt und mit einer optischen Linse fokussiert. Vorteilhaft ist jedoch eine feste Strahllage zum Reaktionsraum und eine Fokus sierung des Laserstrahls mit einer optischen Zylinderlinse, wo durch eine linienförmige Bestrahlungsgeometrie erreicht wird. Die transmittierte Laserstrahlung wird durch ein heizbares Was serbad vollständig absorbiert. Die Badtemperatur wird mit einem eingebauten Thermoelement temperaturüberwacht und auf Körpertem peratur von 370 Celsius gehalten.The optical radiation chamber further includes a small one voluminous reaction space by two in the wavelength range of 650-1100 nm transparent optical plan window is limited. The necessary blood flow is through a pump system outside the Maintain radiation chamber. Within the reaction the therapeutic laser beam becomes an optical one Be two-dimensional mirror system over the optical plan window moves and focused with an optical lens. It is advantageous however, a fixed beam position to the reaction space and a focus sation of the laser beam with an optical cylindrical lens, where is achieved by a linear radiation geometry. The transmitted laser radiation is a heated thing water bath completely absorbed. The bath temperature is measured with a built-in thermocouple temperature-monitored and on body temperature of 370 Celsius.
Beide optische Planfenster besitzen an ihren Innenseiten zum Blutstrom dünne, elektrisch leitende und optisch transparente Filmschichten, die den Blutstrom ebenfalls temperieren können. Vor und hinter der optischen Reaktionskammer befindet sich je weils ein temperiertes Blutreservoir.Both optical plan windows have on the inside Blood flow thin, electrically conductive and optically transparent Film layers that can also temper the blood flow. There is one in front of and one behind the optical reaction chamber because a tempered blood reservoir.
Die zweite Einheit des Lasergerätes beinhaltet eine Einkoppel anordnung für die therapeutische Laserstrahlung in einen faser optischen Lichtleiter. Dieser ist mit einem Steckersystem an seinem proximalen Ende über ein Spiegelsystem mit dem Therapie- Lasersystem gekoppelt, wobei die Laserstrahlung mit einem opti schen Linsensystem in dieses Lichtleiterende eingekoppelt wird. Ein Klappspiegel oder eine semitransparente optische Teiler platte innerhalb des Laser-Strahlengangs erlaubt entweder den wahlweisen Einsatz der Laserstrahlung im Reaktionsraum oder über den faseroptischen Lichtleiter, oder den gleichzeitigen Einsatz beider Therapiekanäle.The second unit of the laser device contains a coupling arrangement for therapeutic laser radiation into a fiber optical light guide. This is with a connector system its proximal end via a mirror system with the therapy Laser system coupled, the laser radiation with an opti lens system is coupled into this light guide end. A folding mirror or a semi-transparent optical divider plate within the laser beam path allows either that optional use of laser radiation in the reaction space or above the fiber optic light guide, or the simultaneous use of both therapy channels.
Das distale Ende des faseroptischen Lichtleiters ist mit speziell geformten Bestrahlungssonden für unterschiedliche Körperöffnung en und Hohlräume des menschlichen Körpers ausstattbar. Dabei wird die Bestrahlungssonde bei extrakorporalen Applikationen durch die Hand des Bedieners verwendet, bei intrakorporalen Applikationen erfolgt die Sondenplazierung über Katheter und/ oder Endoskope, die einen entsprechenden Arbeitskanal aufwei sen.The distal end of the fiber optic light guide is special shaped radiation probes for different body openings s and cavities of the human body. Here becomes the radiation probe for extracorporeal applications used by the operator's hand, for intracorporeal Applications are carried out via catheters and / or endoscopes that have a corresponding working channel sen.
Spezielle Ausführungsformen von geeigneten intrakorporalen Be strahlungssonden können dem Artikel "W.Beyer, D.Jocham et al.: Lichtapplikatoren für die Photodynamische Lasertherapie, Ver handlungsbericht der Deutschen Gesellschaft für Lasermedizin e.V., 6. Jahrestagung, Berlin, 1991, S. 249-252" entnommen wer den.Special embodiments of suitable intracorporeal loading Radiation probes can be found in the article "W.Beyer, D.Jocham et al .: Light Applicators for Photodynamic Laser Therapy, Ver action report of the German Society for Laser Medicine e.V., 6th Annual Meeting, Berlin, 1991, pp. 249-252 " the.
Fig. 1 Schematische Darstellung des Behandlungsgerätes zur selek tiven Zerstörung von Tumorviren in Aufsicht Fig. 1 Schematic representation of the treatment device for selective destruction of tumor viruses under supervision
Fig. 2 Schematische Darstellung des internen Bestrahlungsraumes des Behandlungsgerätes im Querschnitt Fig. 2 Schematic representation of the internal radiation room of the treatment device in cross section
Fig. 3 Schematische Darstellung der Ankopplung der therapeuti schen Laserstrahlung an eine faseroptische Bestrahlungs sonde Fig. 3 Schematic representation of the coupling of the therapeutic laser radiation to a fiber optic radiation probe
Fig. 4 Molarer Extinktionskoeffizient des Chromoproteins Hämo globin in sauerstoffreicher Form als Funktion der Wellen länge Fig. 4 Molar extinction coefficient of the chromoprotein hemoglobin in oxygen-rich form as a function of the wavelength
Das Laserbehandlungsgerät zur selektiven Zerstörung von Viren in Körperflüssigkeiten und Gewebearealen von Lebewesen, insbesonde re von Menschen, ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.The laser treatment device for the selective destruction of viruses in body fluids and tissue areas of living beings, in particular humans, is shown schematically in FIG. 1.
Das Lasergerät 1 ist über arterielle bzw. venöse Anschlüsse 2 und 3, vorzugsweise über Doppellumen-Katheter an Venen oder mit tels eines SCRIBNER-Bypass oder CIMINO-Shunts an eine Vene oder Arterie, mit dem inneren Unterarmbereich des Patienten 4 wäh rend der extrakorporalen Bestrahlungsphase des Blutes über Schlauchverbindungen 5 und 6 und Stecksystemen 7 und 8 verbun den. Der Blutdruck bzw. die Bluttemperatur des Patienten 4 wird über eine Abzweigung 9 on-line mit Hilfe von verschiedenen fa seroptischen Sensoren, die in einer gemeinsamen Übertragungs leitung 10 geführt und über einen mehrkanaligen Steckverbinder 11 mit dem Lasergerät 1 verbunden sind, gemessen und die ent sprechenden Daten dem Steuer- und Überwachungsrechnersystem des Lasergerätes 1 zugeführt. Die Anzeige behandlungsrelevanter Meßdaten und entsprechender Laserparameter erfolgt am schwenkbaren Monitor 12 des Gerätes 1. Des weiteren befindet sich am Laser gerät 1 ein zusätzliches optisches Steckersystem 13, das mit einer optischen Lichtleitfaser 14, vorzugsweise einer sogenann ten Multimode-Faser mit einem Kerndurchmesser von 200-800 µm, verbunden ist. Die Therapie-Laserstrahlung wird dabei am proxi malen Ende der optischen Lichtleitfaser 14 eingekoppelt (Fig. 3) und verläßt die Lichtleitfaser am distalen Ende über eine spe ziell geformte Bestrahlungssonde 15. Das distale Ende der opti schen Lichtleitfaser 14 mit seiner Bestrahlungssonde 15 wird bei extrakorporaler Applikation der Laserstrahlung von Hand auf die entsprechende Geweberegion applaziert, bei intrakorporaler Appli kation in unterschiedlichen Körperöffnungen und Hohlräumen des menschlichen Körpers erfolgt die Sondenplazierung über modifi zierte Katheter- bzw. Endoskop-Systeme.The laser device 1 is via arterial or venous connections 2 and 3 , preferably via double-lumen catheters on veins or by means of a SCRIBNER bypass or CIMINO shunt on a vein or artery, with the inner forearm area of the patient 4 during the extracorporeal radiation phase of the blood verbun via hose connections 5 and 6 and connector systems 7 and 8 . The blood pressure or the blood temperature of the patient 4 is measured via a branch 9 on-line with the aid of various fa seroptical sensors which are guided in a common transmission line 10 and are connected to the laser device 1 via a multi-channel connector 11 and which ent speaking data supplied to the control and monitoring computer system of the laser device 1 . Treatment-relevant measurement data and corresponding laser parameters are displayed on the pivotable monitor 12 of the device 1 . Furthermore, there is an additional optical connector system 13 on the laser device 1 , which is connected to an optical optical fiber 14 , preferably a so-called multimode fiber with a core diameter of 200-800 μm. The therapy laser radiation is coupled in at the proximal end of the optical optical fiber 14 ( FIG. 3) and leaves the optical fiber at the distal end via a specially shaped radiation probe 15 . The distal end of the optical optical fiber 14 with its radiation probe 15 is applied to the corresponding tissue region by hand when extracorporeally applying the laser radiation, with intracorporeal application in different body openings and cavities of the human body, the probe is placed over modified catheter or endoscope Systems.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Teil des internen Bestrahlungs raums des Laser-Behandlungsgerätes 1 im Querschnitt. Der Blut transport durch die arteriellen bzw. venösen Anschlüsse 2 und 3 und den Schlauchverbindungen 5 und 6 (Fig. 1) wird durch ein Pumpsystem 16, vorzugsweise durch ein Rollen-Pumpsystem, auf rechterhalten. Der Bluteintritt erfolgt beispielsweise über das Stecksystem 8 in die Pumpeinheit 16, welche über einen Schlauch anschluß 17 mit der optischen Bestrahlungskammer 18 verbunden ist. Der Blutaustritt erfolgt dann über das Stecksystem 7, das über einen weiteren Schlauchanschluß 19 mit der Austrittsseite der optischen Bestrahlungskammer 18 verbunden ist. Vor und hin ter dem optischen Bestrahlungsraum 20 befinden sich jeweils ein temperierbares Blutreservoir 21 und 22, das einen gleichmäßigen Zu- und Abfluß des Blutes ermöglicht, welches vor Therapiebe ginn medikamentös heparinisiert wurde. Fig. 2 shows schematically a part of the internal radiation room of the laser treatment device 1 in cross section. The blood transport through the arterial or venous connections 2 and 3 and the hose connections 5 and 6 ( Fig. 1) is maintained by a pump system 16 , preferably by a roller pump system. The entry of blood occurs, for example, via the plug-in system 8 into the pump unit 16 , which is connected to the optical radiation chamber 18 via a hose connection 17 . The blood is then discharged via the plug-in system 7 , which is connected to the outlet side of the optical radiation chamber 18 via a further hose connection 19 . In front of and behind the optical radiation chamber 20 there are in each case a temperature-controllable blood reservoir 21 and 22 , which enables a uniform inflow and outflow of the blood, which was heparinized with medication before the start of therapy.
Im optischen Bestrahlungsraum 20 des Lasergerätes 1 wird das Blut beim Durchfluß mit kohärenter Strahlung einer Laserquelle 23, die durch eine interne optische Abstimmeinheit auf eine be stimmte Wellenlänge eingestellt wurde, bestrahlt. Die Laserquel le 23 ist entweder ein gepulster oder Dauerstrich-Alexandrit (Cr:Al2BeO4)-Laseroszillator mit einem abstimmbaren Wellenlän genbereich von 720-860 nm, ein gepulster oder Dauerstrich-Titan: Saphir (Ti:Al2O3)-Laseroszillator mit einem abstimmbaren Wellen längenbereich von 650-1050 nm, ein gepulster oder Dauerstrich- Cr:LiSAF (Cr:LiSrAlF6)-Laseroszillator mit einem abstimmbaren Wellenlängenbereich von 750-1000 nm, oder ein gepulster oder Dauerstrich-Cr:LiCAF (Cr:LiCaAlF6) -Laseroszillator mit einem ab stimmbaren Wellenlängenbereich von 700-900 nm.In the optical radiation chamber 20 of the laser device 1 , the blood is irradiated when flowing with coherent radiation from a laser source 23 , which was set to a certain wavelength by an internal optical tuning unit. Laser source 23 is either a pulsed or continuous wave alexandrite (Cr: Al 2 BeO 4 ) laser oscillator with a tunable wavelength range of 720-860 nm, a pulsed or continuous wave titanium: sapphire (Ti: Al 2 O 3 ) - Laser oscillator with a tunable wavelength range of 650-1050 nm, a pulsed or continuous wave Cr: LiSAF (Cr: LiSrAlF 6 ) laser oscillator with a tunable wavelength range of 750-1000 nm, or a pulsed or continuous wave Cr: LiCAF (Cr: LiCaAlF 6 ) laser oscillator with a tunable wavelength range of 700-900 nm.
Der Laserstrahl 23 wird über zwei Spiegelsysteme 24 und 25, der en Drehachsen senkrecht zueinander gerichtet sind, zweidimension al über den optischen Bestrahlungsraum 20 bewegt. Dabei wird der Strahl mit Hilfe einer optischen Linse 26 innerhalb des opti schen Bestrahlungsraumes 20 fokussiert. Vorzugsweise ist die op tische Linse 26 als Zylinderlinse ausgebildet, so daß die Fo kussierung des Laserstrahls zeilenförmig erfolgt. Der Laser strahl 23 kann mit Hilfe eines Ablenkspiegels, beispielsweise mit Spiegel 25, über den optischen Bestrahlungsraum 20 kontinu ierlich vor und zurück bewegt werden, wobei die Fokussierungs ebene erhalten bleibt. Der zweite Umlenkspiegel, beispielsweise Spiegel 24, ist dabei in seiner Lage fest fixiert.The laser beam 23 is moved two-dimensionally over the optical radiation chamber 20 via two mirror systems 24 and 25 , which are oriented perpendicular to each other in the axes of rotation. The beam is focused with the aid of an optical lens 26 within the optical radiation space 20's . Preferably, the op tical lens 26 is designed as a cylindrical lens, so that the fo cussing of the laser beam is linear. The laser beam 23 can be continuously moved back and forth with the aid of a deflecting mirror, for example with a mirror 25 , over the optical radiation chamber 20 , with the focusing plane being retained. The second deflecting mirror, for example mirror 24 , is firmly fixed in its position.
Der optische Bestrahlungsraum 20 wird durch zwei transparente optische Planfenster 27 und 28 in seiner vertikalen Ausdehnung dickenbegrenzt. Die optischen Planfenster 27 und 28, vorzugs weise aus Quarz- oder BK7-Glas, besitzen auf ihren jeweiligen Außenseiten Antireflexionsbeschichtungen für den Wellenlängen bereich von 600-1200 nm, in dem sie auch selbst optisch trans parent sind. Auf ihren Innenseiten zum Blutstrom besitzen sie dünne, elektrisch leitende und optisch transparente Filmschich ten, die bei entsprechender Ansteuerung den Blutstrom temperier en können. Die optische Schichtdicke des optischen Bestrahlungs raums 20 während des Blutflusses beträgt wenige Millimeter, vor zugsweise 1-5 mm.The optical irradiation space 20 is limited in its vertical extent by two transparent optical plane windows 27 and 28 . The optical plane windows 27 and 28 , preferably made of quartz or BK7 glass, have on their respective outer sides anti-reflective coatings for the wavelength range of 600-1200 nm, in which they are also optically transparent. On the inside of the blood stream, they have thin, electrically conductive and optically transparent film layers, which, if appropriately controlled, can temper the blood stream. The optical layer thickness of the optical irradiation room 20 during the blood flow is a few millimeters, preferably 1-5 mm.
Die durch den optischen Bestrahlungsraum 20 transmittierte La serstrahlung 23 wird in einem Heizbad 29, vorzugsweise einem Wasserbad, vollständig absorbiert. Das Heizbad 29 ist durch ein Heizelement 30, vorzugsweise durch eine Tauchspule, temperier bar und wird über ein Thermoelement 31 temperaturüberwacht. Die Temperatursteuerung des Heizbades 29 erfolgt durch eine gemein same elektronische Regeleinheit 32. Vorzugsweise wird die Tem peratur des Heizbades 29 auf einer Körpertemperatur von 37° Cel sius gehalten. The laser radiation 23 transmitted through the optical radiation chamber 20 is completely absorbed in a heating bath 29 , preferably a water bath. The heating bath 29 is tempered by a heating element 30 , preferably by a plunger coil, and is temperature-monitored via a thermocouple 31 . The temperature control of the heating bath 29 is carried out by a common electronic control unit 32 . The temperature of the heating bath 29 is preferably kept at a body temperature of 37 ° C.
Fig. 3 zeigt schematisch die Ankopplung der therapeutischen La serstrahlung 23 an die faseroptische Bestrahlungssonde 15 über die optische Lichtleitfaser 14. Mit Hilfe eines geräteinternen Spiegelsystems 33, vorzugsweise einem Klappspiegel oder einer semitransparenten optischen Teilerplatte, kann der therapeuti sche Laserstrahl 23 wahlweise oder gleichzeitig dem optischen Bestrahlungsraum 20 und/oder der optischen Lichtleitfaser 14 zu geführt werden. Die Einkopplung des Laserstrahls 23 in die opti sche Lichtleitfaser 14 erfolgt über ein zweites, festes Spiegel system 34 und eine optische Linse 35. Dabei wird die optische Lichtleitfaser 14 durch ein optisches Stecksystem 13 mit dem Lasergerät 1 fest, aber trennbar verbunden. Fig. 3 shows schematically the coupling of the therapeutic laser radiation 23 to the fiber optic radiation probe 15 via the optical fiber 14th With the aid of a device-internal mirror system 33 , preferably a folding mirror or a semi-transparent optical splitter plate, the therapeutic laser beam 23 can optionally or simultaneously be guided to the optical radiation chamber 20 and / or the optical optical fiber 14 . The laser beam 23 is coupled into the optical optical fiber 14 via a second, fixed mirror system 34 and an optical lens 35 . In this case, the optical optical fiber 14 is fixedly but separably connected to the laser device 1 by an optical plug-in system 13 .
Fig. 4 zeigt den funktionellen Zusammenhang des molaren Extink tionskoeffizienten des Chromoproteins Hämoglobin in sauerstoff reicher Form und der Wellenlänge im Bereich von 100-2000 nm. Fig. 4 shows the functional relationship of the molar extinction coefficient of the chromoprotein hemoglobin in oxygen-rich form and the wavelength in the range of 100-2000 nm.
Im Wellenlängenbereich um 700 nm besitzt sauerstoffreiches Blut ein Absorptionsminimum für elektromagnetische Strahlung dieser Wellenlänge. Therapeutische Laserstrahlung 23 des Wellenlängen intervalls 650-1100 nm, insbesondere aber im Bereich von 700-800 nm, wird deshalb über eine relativ große Schichtdicke von Hämoglobin nahezu ungehindert transmittiert und zerstört die Blutzellen dadurch nicht.In the wavelength range around 700 nm, oxygen-rich blood has an absorption minimum for electromagnetic radiation of this wavelength. Therapeutic laser radiation 23 of the wavelength interval 650-1100 nm, but in particular in the range of 700-800 nm, is therefore transmitted almost unhindered over a relatively large layer thickness of hemoglobin and does not destroy the blood cells as a result.
Perkutan oder oral zugeführte spezifische Chromoproteine, die sich an den Retroviren anlagern, bzw. in Zellgewebe, das von Re troviren befallen ist, eingelagert wurden, und die in diesem Wellenlängenbereich stark absorbieren, lösen photochemische und phototoxische Prozesse aus, die die Viren nach Bestrahlung zer stören.Percutaneous or oral specific chromoproteins that attach themselves to the retroviruses, or in cell tissue that Re troviruses are infested, and have been stored in it Strongly absorb wavelength range, solve photochemical and phototoxic processes that destroy the viruses after irradiation to disturb.
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