DE69922944T2

DE69922944T2 - Lichtquelle für photodynamische therapie

Info

Publication number: DE69922944T2
Application number: DE69922944T
Authority: DE
Inventors: Scott Lundahl; Rebecca Kozodoy; Ronald Carroll; Elton Leppelmeier
Original assignee: Dusa Pharmaceuticals Inc Canada; Dusa Pharmaceuticals Inc
Current assignee: Dusa Pharmaceuticals Inc Canada; Dusa Pharmaceuticals Inc
Priority date: 1998-05-01
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2019-04-27
Also published as: US8758418B2; US6223071B1; JP4837826B2; IL139397A; US7723910B2; NO20005342L; EP1566200B1; US20010021812A1; NZ507891A; BR9911781B1; US20130102906A1; EP1075315A2; EP1510233A1; NO20005342D0; PL192844B1; US6709446B2; EP1566200A1; US8030836B2; IL139397A0; AR015054A1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die photodynamische Therapie unter Verwendung einer Leuchte, die eine gleichförmige Verteilung sichtbaren Lichts liefert. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur photodynamischen Behandlung (PDT) oder Diagnose (PD) der aktinischen Keratose der Kopfhaut oder von Gesichtsbereichen eines Patienten. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung für PDT und PD von anderen Indikationen (z.B. Akne) und anderen Bereichen des Patienten (z.B. Arme, Beine usw.).
Der Ausdruck "sichtbares Licht", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf Strahlungsenergie im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Strahlenspektrums und der Ausdruck "Licht" auf Strahlungsenergie einschließlich des Ultraviolett-(UV), Infrarot-(IR) und des sichtbaren Bereichs des elektromagnetischen Strahlungsspektrums.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Photodynamische Therapie oder Photochemotherapie wird gegenwärtig zur Behandlung von mehreren Arten von Leiden in oder in der Nähe der Haut oder anderer Gewebe wie etwa solche in einer Körperhöhle vorgeschlagen. Beispielsweise wird PDT vorgeschlagen zur Behandlung von verschiedenen Arten von Hautkrebs und präkanzeröser Zustände. Bei PDT wird einem Patienten ein photoaktivierbares Mittel oder ein Vorläufer eines photoaktivierbaren Mittels verabreicht, das sich in dem diagnostizierten oder behandelten Gewebe anreichert. Ein Bereich des Patienten, der das diagnostizierte oder behandelte Gewebe enthält, wird dann sichtbarem Licht exponiert. Das sichtbare Licht bewirkt chemische und/oder biologische Änderungen in dem photoaktivierbaren Mittel, die wiederum selektiv das Zielgewebe lokalisieren, zerstören oder ändern, während sie gleichzeitig an anderen Geweben im Behandlungsbereich nur eine milde und umkehrbare Beschädigung verursachen.
Allgemeine Hintergrundinformationen über PDT unter Verwendung von 5-Aminolävulinsäure ("ALA") als den Vorläufer eines photoaktivierbaren Mittels findet man in dem am 7.1.1992 an James C. Kennedy et al. erteilten US-Patent Nr. 5,079,626 mit dem Titel "Method of Detection and Treatment of Malignant and Non-Malignant Lesions Utilizing 5-Aminolävulinic Acid" und dem am 18.5.1993 James C. Kennedy et al. erteilten US-Patent Nr. 5,211,938 mit dem Titel "Method of Detection of Malignant and Non-Malignant Lesions by Photochemotherapy of Protoporphyrin IX Precursors". Die Veröffentlichung von James C. Kennedy et al. im Journal of Clinical Laser Medicine and Surgery am 5.11.1996 mit dem Titel "Photodynamic Therapy (PDT) and Photodiagnosis (PD) Using Endogenous Photosensitization Induced by 5-Aminolävulinic Acid (ALA): Mechanisms and Clinical Results". Der "First Phase III" 1996 Annual Report von DUSA Pharmaceuticals, Inc. (Tarrytown, NY, USA) enthält Bilder und Beispiele für den Einsatz der Erfindung.
Die Ausdrücke ALA oder 5-Aminolävulinsäure beziehen sich, wie sie hier verwendet werden, auf ALA selbst, Vorläufer davon und pharmazeutisch zulässige Salze von selbigen.
Die meisten herkömmlichen Lichtquellen, die keine Laserlichtquellen sind, umfassen nur drei grundlegende Funktionsblöcke: eine Emissionsquelle zum Erzeugen von Photonen (z.B. eine Glühlampe); Koppelelemente zum Lenken, Filtern oder anderweitigen Leiten des emittierten Lichts, so daß es in einer verwendbaren Form am beabsichtigten Ziel ankommt; und ein Steuersystem zum Starten und Stoppen der Produktion von Licht, wenn erforderlich. Die übliche Büroleuchtstoffleuchte ist ein gutes Beispiel für ein derartiges System. Bei diesen Leuchten wird weißes sichtbares Licht durch eine gesteuerte Quecksilberlichtbogenentladung erzeugt, die anorganische Leuchtstoffmaterialien innerhalb einer Glasröhre anregt. Energieübertragung von dem Lichtbogen bewirkt eine Emission sichtbaren weißen Lichts von der Röhre. Das emittierte sichtbare Licht wird von Reflektoren in dem Lampengehäuse auf den Arbeitsraum gelenkt; die Verteilung des sichtbaren Lichts auf das Ziel wird oftmals durch die Verwendung eines streuenden Systems weiter vergrößert. In der typischen Büroumgebung wird die Erzeugung sichtbaren Lichts durch einen einfachen Sprungschalter gesteuert, der den Stromfluß zu der Lampe unterbricht.
Aus dem Dokument US-A-4,100,415 ist eine Leuchte gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.
Aus therapeutischen Gründen ist es wünschenswert, eine Leistungsabgabe zu haben, die hinsichtlich Intensität und Farbe gleichförmig ist. Insbesondere ist es höchst wünschenswert, eine Leuchte mit einer spektralen Abgabe zu haben, die das optische Aktivierungsspektrum des Ziel-Photosensitizers zum großen Teil überlappt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist blaues Licht mit Wellenlängen über 400 nm (Nanometern) für bestimmte diagnostische Zwecke und Behandlungen besonders vorteilhaft, insbesondere dann, wenn ALA das für PD und PDT der aktinischen Keratose verwendete photoaktivierbare Mittel ist. Jedoch kann auch sichtbares Licht in anderen Bereichen des Spektrums verwendet werden, insbesondere im grünen und roten Bereich zwischen 400 und 700 nm.
Herkömmliche Leuchten erzeugen kein sichtbares Licht, das hinsichtlich Intensität über eine konturierte Oberfläche hinweg ausreichend gleichförmig ist.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Bereitstellung einer verbesserten Leuchte für PDT und/oder PD.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Leuchte für PDT, die sichtbares Licht mit konstanter Gleichförmigkeit sowohl hinsichtlich der spektralen Charakteristiken als auch Intensität über eine unterschiedlich konturierte Oberfläche hinweg erzeugt. Der Ausdruck konturierte Oberfläche, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine nichtplanare Oberfläche.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Leuchte für PDT oder PD, die sichtbares Licht fast ganz in einem ausgewählten Wellenlängenbereich erzeugt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Leuchte zum Bestrahlen des Gesichts oder der Kopfhaut eines Patienten.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Kühlsystems zum Verbessern der Gleichförmigkeit der Bestrahlungsstärke einer Leuchte.
Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Leuchte, die einen endlichen Emitter umfaßt, der der gleichförmigen Abgabe eines Emitters mit unendlicher Ebene nahe kommt, durch Variieren des Abstands individueller Lichtquellen innerhalb der Leuchte.
Noch eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Überwachungssystems für eine Leuchte, das einen einzelnen Sensor für sichtbares Licht umfaßt, der die Ausgabe sichtbaren Lichts von mehreren Lichtquellen überwacht und ein Signal ausgibt, um die Abgabe sichtbaren Lichts von den mehreren Lichtquellen zu justieren.
Bei der Lösung der oben genannten Aufgaben wurde gemäß der vorliegenden Erfindung eine Leuchte für PDT oder PD einer konturierten Oberfläche bereitgestellt. Die Leuchte umfaßt die Merkmale von Anspruch 1.
Bei der Lösung der obigen Aufgaben wird außerdem ein Verfahren für PDT oder PD einer konturierten Oberfläche bereitgestellt. Das Verfahren umfaßt das lokale Auftragen von 5-Aminolävulinsäure auf die konturierte Oberfläche und Bestrahlung der konturierten Oberfläche mit sichtbarem Licht mit im wesentlichen gleichförmiger Intensität von mehreren Lichtquellen, die allgemein der konturierten Oberfläche entsprechen.
Die vorliegende Erfindung basiert auf ähnlichen Grundsätzen wie denen des oben beschriebenen Büroleuchtstoffbeleuchtungssystems. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird sichtbares Licht von einer Konturoberfläche entsprechenden Leuchtstoffröhren und ihrer zugeordneten Steuerelektronik erzeugt; von diesen Röhren abgegebenes sichtbares Licht wird durch die der Konturoberfläche entsprechende Gestalt der Röhren und andere Elemente wie etwa einen Reflektor auf den Diagnose- oder Behandlungsbereich gerichtet; und Aktivierung der Leuchtstoffröhren und Exposition mit sichtbarem Licht auf der konturierten Oberfläche wird durch die Elektronikschaltung gesteuert.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von herkömmlichen Lichtquellen wegen der biologischen Anforderungen, die einer PDT-Lichtquelle auferlegt werden. Für die Komponenten der vorliegenden Erfindung ist ein viel höherer Grad an Präzision und Integrierung erforderlich. Das Abgabespektrum, die Beleuchtungsstärke und die Gleichförmigkeit der Beleuchtungsstärke müssen alle gesteuert werden, um sicherzustellen, daß sich die Eigenschaften der Einrichtung dafür eignen, Licht den Zielläsionen zuzuführen und die photodynamische Reaktion anzutreiben. Um dies zu erreichen, umfaßt jeder Funktionsblock innerhalb der vorliegenden Erfindung sorgfältig ausgewählte und bearbeitete Komponenten. Die Funktionsprinzipien von jeder sind unten ausführlicher beschrieben.
Das quadratische Abstandsgesetz der Optik besagt, daß die Intensität von Licht von einer punktförmigen Quelle, das von einem Objekt erhalten wird, umgekehrt proportional ist zu dem Quadrat der Entfernung von der Quelle. Wegen dieses Verhaltens ist die Entfernung von der Quelle eine wichtige Variable bei allen optischen Systemen. Um eine gleichförmige Gesichts- oder Kopfhautbestrahlung zu erreichen, müssen deshalb Schwankungen bei der abgegebenen Beleuchtungsstärke mit der Entfernung auf ein Minimum reduziert werden. Eine flache emittierende Oberfläche würde keine gleichförmige Lichtdosis an alle Konturen des Gesichts gleichzeitig liefern, weil die nichtplanaren Gesichts- und Kopfhautoberflächen nicht in einer konstanten Entfernung von der emittierenden Oberfläche angeordnet werden könnten. Um dieses Problem zu lindern, verwendet die vorliegende Erfindung eine U-förmige emittierende Oberfläche, die den Konturen des menschlichen Gesichts und der menschlichen Kopfhaut besser entspricht und Schwankungen bei der Entfernung Lampe-Ziel auf ein Minimum reduziert, was wiederum Schwankungen der Beleuchtungsstärke beim Ziel auf ein Minimum reduziert.
Da die Abgabe von röhrenförmigen Lichtquellen mit der Temperatur variieren kann, spielt auch die Temperaturverteilung eine Schlüsselrolle bei der Gleichförmigkeit der Bestrahlungsstärke. Da die Abgabe der Röhre über ihre Länge hinweg variieren kann, kann weiterhin eine Modulation der Temperaturverteilung zum Steuern der Gleichförmigkeit der Beleuchtungsstärke der Leuchte verwendet werden.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt und ergeben sich teilweise aus der Beschreibung oder können durch die Ausübung der Erfindung in Erfahrung gebracht werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können mit Hilfe der Instrumentarien und Kombinationen realisiert und erhalten werden, die in den beigefügten Ansprüchen besonders hervorgehoben sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beiliegenden Zeichnungen, die in die Patentschrift integriert sind und einen Teil dieser darstellen, veranschaulichen gegenwärtig bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der oben gegebenen allgemeinen Beschreibung und der unten gegebenen detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen dazu, die Grundlagen der Erfindung zu erläutern.
1 ist eine Vorderansicht, teilweise im Querschnitt, einer Leuchte gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, der in 1 gezeigten Leuchte.
3 ist eine Draufsicht, teilweise im Querschnitt, der in 1 gezeigten Leuchte.
4 ist eine Detailansicht der in 1 gezeigten Leuchtstoffröhrenlichtquelle.
5 ist eine Detailansicht des in 1 gezeigten Reflektors.
6 ist eine Detailansicht der in 1 gezeigten Abschirmung.
7 ist eine schematische Darstellung eines Schaltplans für die in 1 gezeigte Leuchte.
8 ist eine schematische Darstellung eines Vorschaltgerätschaltplans für die in 1 gezeigte Leuchte.
9 ist eine schematische Darstellung eines modifizierten Schaltplans einer Leuchte gemäß der vorliegenden Erfindung.
9A-9D sind schematische Darstellungen, die Einzelheiten des in 9 gezeigten Schaltplans zeigen.
10 ist eine Darstellung eines typischen Fluoreszenzemissionsspektrums der in 4 gezeigten Leuchtstoffröhrenlichtquelle.
11 ist eine Darstellung eines Überwachungssystems, das keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Überblick
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die in den 1-8 dargestellt ist, werden sieben U-förmige Leuchtstoffröhren 10(1)-10(7) von drei elektronischen Vorschaltgeräten 20 angesteuert. Das Justieren der Vorschaltgerätspannung steuert die Ausgangsleistung der Röhren. Die Röhren 10(1)-10(7) werden von einem Gehäuse 30 getragen und sind mit einer Polycarbonatabschirmung 40 bedeckt, die eine kühlende Luftströmung in die Einheit lenkt und im Fall eines Bruchs der Röhre Kontakt zwischen Glas und Patient verhindert. Ein Aluminiumreflektor 50, der hinter den Röhren angeordnet ist, erhöht sowohl die abgegebene Bestrahlungsstärke als auch die Gleichförmigkeit der Abgabeverteilung. Die Gesamtabmessungen der Einheit betragen etwa 38 cm H × 45 cm B × 44,5 cm D. 1 zeigt die Position des Kopfes und der Nase eines Patienten.
Beispielhafte Lichtquellen
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liefern sieben 36'' U-förmige F34T8-Ultra-Blue-Fluoreszenzröhren 10(1)-10(7) einen größten sichtbares Licht emittierenden Bereich 36 cm hoch mal 46 cm breit (etwa 2850 cm²), mit einem kleinsten therapeutisch aktiven Bereich 30 cm hoch mal 46 cm breit (etwa 1350 cm²). Wie in 1 gezeigt, weisen die Röhren ein allgemeines gebogenes mittleres Gebiet 10A und sich von jeweiligen Enden des mittleren Gebiets aus erstreckende Arme 10B auf.
Leuchtstoffröhren sind eine Art von Gasentladungslampe. Sie nutzen eine elektrische Entladung durch ein unter geringem Druck stehendes Gas, um ein Plasma zu erzeugen, das mit einem fluoreszierenden Leuchtstoff reagiert, um elektrische Energie in Licht umzuwandeln. Eine typische Leuchtstoffröhre besteht aus einer zugeschmolzenen Glasröhre mit Elektroden oder Kathoden an beiden Enden. Die Röhre ist innen mit einem gleichförmigen lumineszierenden anorganischen kristallinen Leuchtstoff beschichtet. Die Röhre ist mit einem unter niedrigem Druck stehenden inerten Gas, üblicherweise Argon, gefüllt, dem vor dem Zuschmelzen eine kleine Menge flüssigen Quecksilbers zugegeben wird. Der niedrige Innendruck bewirkt, daß ein Teil des flüssigen Quecksilbers verdampft, was zu einer Argon-Quecksilber-Atmosphäre innerhalb der Röhre führt. Das Anlegen eines ausreichend hohen Spannungspotentials an die Kathoden bewirkt die Emission von Elektronen aus der Kathode, die entlang der Länge der Röhre diffundieren und den Argon-Quecksilber-Dampf ionisieren. Nach der Ionisierung wird die Gasmischung innerhalb der Röhre leitend, wodurch ein elektrischer Strom fließen kann und weiterhin die Quecksilberatome anregen kann. Die Größe des Röhrenstroms steuert die Anzahl der angeregten Atome und somit die Lichtabgabe der Röhre. Wenn die angeregten Quecksilberatome in einen niedrigeren Energiezustand zurückkehren, emittieren sie Ultraviolettstrahlung (UV). Die UV-Strahlung wird von dem Leuchtstoff an der Röhrenwand absorbiert, was das Fluoreszieren des Leuchtstoffs bewirkt, wodurch die Energie der Hauptschwingungslinie von Quecksilber zu einer längeren Wellenlänge umgewandelt wird. Die Chemie des Leuchtstoffmaterials bestimmt die charakteristische Spektralemission der Lichtabgabe der Lampe. Dies kann dazu verwendet werden, die Wellenlängenabgabe der Lichtquelle so abzustimmen, daß sie den Anforderungen der Anwendung entspricht, wie im Fall der vorliegenden Erfindung.
Die Abgabe einer Leuchtstoffröhre ist nicht inhärent gleichförmig. Die in der unmittelbaren Nähe der Kathode gemessene Abgabe ist in der Regel viel niedriger als die Abgabe über den Rest der Röhre hinweg. Dazu kommt es, weil ionisiertes Gas im Bereich in der Nähe der Kathode nicht so viel UV emittiert, um den Leuchtstoff anzuregen. Dieser Bereich reduzierter Emission ist als der Faradaysche Dunkelraum bekannt. Um Gleichförmigkeitsprobleme zu vermeiden, verwendet eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mehrere U-förmige Röhren 10(1)-10(7). Durch diese Anordnung können die Kathoden und ihr niedriger Abgabebereich außerhalb des aktiven emittierenden Bereichs (effektiv hinter den Ohren des Patienten) angeordnet werden. Nur der gleichförmigere Mittelabschnitt der Röhrenabgabe wird zur Behandlung des Patienten verwendet. Ein weiterer Vorteil bei der Anordnung liegt darin, daß die Gleichförmigkeit auch dadurch justiert werden kann, daß der seitliche Abstand der Röhren (relativer horizontaler Abstand, wie in 2 gezeigt) variiert wird. Dies ist deshalb wichtig, weil es erforderlich ist, die Tatsache zu kompensieren, daß die Abgabe von einer flachen ebenen emittierenden Lichtquelle in der Nähe der Kanten abfällt. Das Variieren des seitlichen Abstands der Röhren erzeugt den gleichen Effekt wie das Falten der Kanten einer größeren Leuchte nach innen auf sich selbst, wodurch ein Emitter mit unendlicher Ebene mit einer kompakten Einheit emuliert wird.
Die U-Gestalt minimiert die Schwankungen bei der Entfernung zwischen dem Emitter und dem Ziel, wodurch eine gleichförmige Verteilung sichtbaren Lichts zum Gesicht oder zur Kopfhaut des Patienten bereitgestellt wird; die Röhrenabmessungen wurden auf der Basis der mittleren Abmessungen des Kopfs eines erwachsenen Menschen gewählt. Die Befestigung der Röhren minimiert die Auswirkung des nichtemittierenden Bereichs an ihren Enden. Dies gestattet, daß die vorliegende Erfindung kompakter wird, und eine leichtere Zentrierung des Patientenkopfs innerhalb der Quellen für sichtbares Licht. Außerdem sorgt die "U"-Gestalt für die gewünschte Beleuchtungsstärke und Beleuchtungsstärkengleichförmigkeit für die Beleuchtung der Kopfhaut und des Gesichts und stellt somit sicher, daß die ordnungsgemäße Dosierung sichtbaren Lichts während PDT auf alle Zielbereiche einwirkt.
Die Anzahl der verwendeten Röhren und der Abstand zwischen ihnen wurden so gewählt, daß man die gewünschten Spezifikationen hinsichtlich Gleichförmigkeit und Leistungsabgabe erzielt. Es stellte sich heraus, daß die optimale Abgabeverteilung eintritt, wenn sieben Röhren 10(1)-10(7) in einem symmetrischen Muster bezüglich gegenüberliegender Ränder der Einheit mit dem folgenden ungefähren seitlichen Abstand in dem Chassis angeordnet werden: 7 cm zwischen der mittleren Röhre 10(4) und jeder der beiden Röhren 10(3), 10(5) neben der mittleren Röhre 10(4); 5 cm zwischen den Röhren 10(3), 10(2) und 10(5), 10(6), d.h. dem nächsten Paar von Röhren weg von der Mitte, und 3,5 cm zwischen den Röhren 10(2), 10(1) und 10(6), 10(7), d.h. den äußersten Paaren von Röhren an den Seiten der Einheit. Die äußersten Röhren 10(1), 10(7) liegen etwa 2,5 cm von den Rändern des Gehäuses weg. Durch die vorliegende Erfindung erhält man eine höchst gleichförmig ausgegebene Bestrahlungsstärke, ohne zusätzliche diffundierende Elemente zu verwenden. Es wird jedoch auch in Betracht gezogen, daß in die Abschirmung 40 auch ein diffundierendes Element integriert sein könnte.
Die Leuchtstoffröhren gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden einen im Handel erhältlichen Leuchtstoff, Sr₂P₂O₇:Eu, der im Diazo-Blaupausenprozeß verwendet wird. Wenn dieser Leuchtstoff die vom Quecksilber emittierte UV-Strahlung absorbiert, erzeugt er ein Emissionsspektrum von blauem Licht mit einer Bandbreite im Bereich 30 nm bei einer Spitzenwellenlänge von 417 nm (nominell). Ein typisches Fluoreszenzemissionsspektrum der Röhren gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 10 gezeigt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Spektralabgabe so ausgewählt, daß sie dem Absorbtionsspektrum von Protoporphyrin IX entspricht, der photosensibilisierenden Spezies, von der vermutet wird, daß sie aus ALA im Zielgewebe entsteht. Wenn ein anderer Leuchtstoff in den Röhren verwendet wird, können andere Abgaben im sichtbaren Spektrum bereitgestellt werden. Es können auch andere Abgaben im sichtbaren Spektrum bereitgestellt werden, wenn andere Lichtquellentechnologien eingesetzt werden.
Elektrische Merkmale
Um aus einer Leuchtstoffröhre eine zufriedenstellende Leistung zu erzielen, muß an die Röhrenkathoden eine Spannung angelegt werden, um die Röhrenleitung einzuleiten und danach den Röhrenstrom zu steuern. Leuchtstoffröhren sind, weil sie Gasentladungseinrichtungen sind, gegenüber elektrischen Spannungen und Strömen, die dazu verwendet werden, sie anzusteuern, besonders empfindlich. Höhere Röhrenströme erhöhen die Elektronenausbeute, was bewirkt, daß die abgegebene Bestrahlungsstärke zunimmt. Höhere Ströme führen jedoch zu höheren Kathodentemperaturen, was potentiell die Erosion des emittierenden Kathodenmaterials und die Kontamination der Röhrenatmosphäre durch von den Kathoden entferntes Material erhöht; dies führt schließlich zu einer verringerten Röhrenlebensdauer. Röhrenströme, die zu niedrig sind, können zu niedrigen Röhrenwandtemperaturen führen, was eine Kondensation des Quecksilberdampfs verursachen kann und die Gleichförmigkeit der Lampenabgabe beeinträchtigt. Zudem ist es bei den meisten Röhrendesigns erforderlich, die Kathoden zu erhitzen, damit man einen ordnungsgemäßen Röhrenstart erzielt. Eine Steuerung der Spannungs- und/oder Röhrenstromcharakteristiken sowie eine Erhitzung der Kathoden erfolgt mit einer externen Elektronikschaltung, die üblicherweise zu einer gemeinhin als "Vorschaltgerät" bezeichneten einzelnen Einrichtung ausgeführt und als solche verpackt ist. Viele derartige Vorschaltgerätdesigns sind möglich; sie reichen von einfachen elektromagnetischen Induktionsspulen zu ausgeklügelten Elektronikschaltungen, die viele Aspekte des Röhrenbetriebs optimieren und steuern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt jedes Vorschaltgerät 20 drei Hauptfunktionsabschnitte: eine Eingangsfilterschaltung, einen Leistungsschwingkreis und einen Hochfrequenzausgangstransformator.
Die Eingangsfilterschaltung richtet die 120 V Wechselstromnetzspannung in eine interne Gleichspannung um, die vom Leistungsoszillator verwendet werden kann. Das Filter verhindert außerdem, daß Störungen auf der Netzleitung den Betrieb des Vorschaltgeräts beeinträchtigen, und verhindert, daß Oszillatorschaltübergänge in die Netzleitung zurückgekoppelt werden. Schließlich liefert diese Schaltung eine Leistungsfaktorkorrektur, so daß der Netzleitungsspitzenstrom, der von den Vorschaltgeräten bezogen wird, niedriger ist als der für einen einfachen Gleichrichter. Es ist auch möglich, bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Eingangsgleichspannung zu betreiben.
Der Leistungsoszillator liefert den Mechanismus für die Übertragung elektrischer Energie in jeder Vorschaltgeräteeinheit 20; er besteht aus einem Paar von Schalttransistoren, die an einen Schwingkreis gekoppelt sind, der den Ausgangstransformator enthält. Ein kleines Signal von dem Ausgangstransformator wird an den Eingang der Schalttransistoren zurückgeführt, was bewirkt, daß sie schwingen, wenn die Gleichspannung angelegt wird. Energie aus dieser Schwingung wird durch den Transformator in die Röhren gekoppelt. Bei diesem Vorschaltgerätdesign ist die Größe der Schwingung proportional zu der Gleichspannung, die wiederum proportional zu der Netzwechselspannung ist. Weil der Transformator auch an die Röhrenkathoden angeschlossen ist, ist die Größe des Röhrenstroms proportional zur Netzwechselspannung. Dies ist als ein Design mit nichtkonstanter Wattleistung bekannt, und es wurde gewählt, um eine Justierung der abgegebenen Beleuchtungsstärke der vorliegenden Erfindung zu gestatten.
Der Hochfrequenztransformator koppelt Energie in die Röhre und führt auch verschiedene andere wichtige Funktionen aus. Er sorgt für die elektrische Umwandlung von Spannungspegeln und eine strombegrenzende Impedanz, damit den Röhren die korrekte Spannung und der korrekte Strom zugeführt wird, um ordnungsgemäßen und sicheren Betrieb sicherzustellen. Er liefert auch Rückkopplung an den Oszillator, um das Stabilisieren seines Betriebs zu unterstützen und einen Mechanismus bereitzustellen, um einen anfänglichen Hochspannungsstartimpuls zu erzeugen.
Zusätzliche Wicklungen des Transformators liefern auch einen Strom zum Erhitzen der Röhrenkathoden. Dieser reduziert die Startspannungsanforderungen und die Beschädigungen an den Kathoden von diesem anfänglichen Startstromstoß.
Aufgrund von Herstellungsschwankungen bei der Produktion der Röhren muß die abgegebene Bestrahlungsstärke justiert werden, damit sie den Anforderungen für die spezifizierte PDT-Indikation entspricht. Zudem muß die Abgabe mit der Alterung der Röhren justiert werden, um die Verschlechterung innerhalb der Röhren selbst zu kompensieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Vorschaltgeräte 20 Vorschaltgeräte mit einer nichtkonstanten Wattzahl, wodurch die Röhrenabgabe durch Ändern der Eingangsspannung zu den Vorschaltgeräten justiert werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Schwankung um 40% möglich, wenn zwei Buck-/Boost-Auto-Transformatoren 60 an der Netzleitung verwendet werden.
Die Vorschaltgerätspannung kann manuell oder automatisch justiert werden. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit einer manuellen Spannungsjustierung wird die entsprechende Vorschaltgerätspannung von einem Techniker eingestellt, der die Abgriffe an zwei Buck-/Boost-Auto-Transformatoren 60 manuell wählt. Da Schwankungen an der eingegebenen Netzwechselspannung die Vorschaltgerätspannung beeinflussen, muß eine externe Spannungsstabilisierung verwendet werden, um die Stabilität der Abgabe zu verbessern. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine automatische Spannungsjustierung auf, die ein "aktives" System von von einem Microcontroller aktivierten elektronischen Schaltern enthält, damit die Notwendigkeit für externe Spannungsstabilisierung und die Notwendigkeit für eine Justierung der Vorschaltgerätspannung durch einen Techniker entfällt, wenn die Röhrenabgabe bei Verwendung abnimmt. Der Microcontroller empfängt Eingangssignale von optischen und Spannungssensoren und aktiviert dann den entsprechenden elektronischen Schalter, um die abgegebene Bestrahlungsstärke innerhalb spezifizierter Parameter zu halten. Das aktive Schaltsystem kann auch Änderungen bei der Leistungsabgabe aufgrund einer Leitungsspannungs- und Temperaturschwankung während der Behandlung korrigieren; somit wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem aktiven Schaltsystem keine externe Leitungsspannungsstabilisierung benötigt. Die automatische Spannungsjustierung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten ausführlicher beschrieben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden drei schnellstartende Elektronikvorschaltgeräte 20 verwendet, um sieben Leuchtstoffröhren 10(1)-10(7) anzusteuern. Zwei der Vorschaltgeräte 20(1) und 20(3) steuern zwei Röhren 10(1), 10(7) bzw. 10(2), 10(6) an, und ein Vorschaltgerät 20(2) steuert drei Röhren 10(3)-10(5) an. Diese Vorschalt geräte wandeln eine Netzwechselspannung von 120 V, die von einer standardmäßigen Wandsteckdose erhältlich ist, in einen sinusförmigen hochfrequenten (~ 25 kHz) Strom um, der sich zum Ansteuern der Leuchtstoffröhren eignet. Hochfrequenzbetrieb ist wünschenswert, um die Welligkeit bei der Lichtabgabe zu reduzieren, die in allen Leuchtstoffröhren vorliegt, und um die Gesamtabgabe zu erhöhen. Die Welligkeit bei der Abgabe ist eine kleine Schwankung bei der Röhrenabgabe, die zu dem sinusförmigen Röhrenwechselstrom in Beziehung steht, der dazu verwendet wird, den Plasmalichtbogen aufrechtzuerhalten.
Merkmale der Übertragung von sichtbarem Licht
Um das von der Rückseite der Röhren emittierte sichtbare Licht auszunutzen und um die Gleichförmigkeit der Ausgabeverteilung zu erhöhen, wird ein Reflektor 50 etwa 10 mm von der hinteren Oberfläche der Röhren entfernt positioniert. Der Reflektor 50 besteht aus polierter Aluminiumfolie, die so gebogen ist, daß sie etwa der Konfiguration der Röhren entspricht.
Der emittierende Bereich der vorliegenden Erfindung ist mit einer Kunststoffabschirmung 40 mit niedriger UV-Transmission bedeckt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die Kunststoffabschirmung 40 aus Polycarbonat. Wenn Leuchtstoffröhrentechnologie verwendet wird, liegt in der Abgabe eine kleine Menge an UV-Emission vor. Polycarbonat weist im UV-Bereich des Spektrums eine sehr niedrige UV-Transmission auf und es filtert etwaige UV-Emission effektiv aus der Abgabe der Einheit von sichtbarem Licht heraus. Die Abschirmung 40 schützt auch den Patienten vor Verletzung im Fall eines Röhrenbruchs.
Kühlungsmerkmale
Da die Kathoden- und Röhrenwandtemperatur die Ausgabeverteilung stark beeinflussen, ist ein Kühlsystem bereitgestellt, um einen ordnungsgemäßen Lampenbetrieb sicherzustellen. Das Kühlsystem umfaßt Lüftungsöffnungen in der Polycarbonatabschirmung 40, den Reflektor 50 und das Gehäuse 30 sowie Gebläse 70 zum Verschieben von Kühlluft.
Umgebungsluft tritt in die vorliegende Erfindung durch Belüftungsöffnungen 42 in der Polycarbonatabschirmung 40 ein. Der Raum zwischen der Abschirmung 40 und dem Reflektor 50 erzeugt eine erste Zone (d.h. einen Hohlraum), in dem die Umgebungsluft über die Röhren 10(1)-10(7) hinwegstreift. Die Umgebungsluft wird von den Röhren erhitzt und aus der ersten Zone zu einer zweiten Zone zwischen dem Reflektor 50 und dem Gehäuse 30 durch Lüftungsöffnungen im Reflektor 52 übertragen.
Die Reflektorlüftungsöffnungen sind bei ± 45° angeordnet, um die ordnungsgemäße Temperaturverteilung an den Röhrenwänden zu gewährleisten. Erhitzte Luft wird von vier Gebläsen 70 durch Entlüftungsöffnungen 32 im Gehäuse 30 ausgestoßen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind mehrere Belüftungsöffnungen 42 (sechsunddreißig sind dargestellt) in der Polycarbonatabschirmung 40 entlang einem Rand direkt über dem Kathodenbereich der Röhren gleichmäßig beabstandet. Die Lüftungsöffnungen 52 im Reflektor 50 sind Paare aus Schlitzen, die in Spalten von seiner Oberseite zu seiner Unterseite herausgearbeitet worden sind; die Reflektorlüftungsöffnungen 52 liegen direkt vor den Gebläsen 70, die unter ±45° von der Mitte der Einheit aus angeordnet sind.
Die gerade Sektion der Röhre zwischen dem Kathodenbereich und der gekrümmten Sektion der "U"-Röhren erzeugt geringfügig mehr Abgabe als der mittlere Abschnitt der gekrümmten Sektion. Dies ist Unterschieden bei der Leuchtstoffbeschichtungsdicke zugeschrieben worden, die durch den Biegeprozeß verursacht werden. Um die Gleichförmigkeit der Bestrahlungsstärke weiter zu erhöhen, sind die Reflektorlüftungsöffnungen 52 so im Reflektor 50 angeordnet, daß die Kühlluft in erster Linie über die gerade Sektion und die Endabschnitte der gekrümmten Sektion strömt. Weniger Kühlluft strömt über die Mitte der Röhren zwischen den Sätzen von Reflektorlüftungsöffnungen 52, was bewirkt, daß die Röhrenwandtemperatur in diesem Gebiet höher ist. Da die abgegebene Bestahlungsstärke für diese Röhre (bis zu einem Punkt) mit der Röhrenwandtemperatur zunimmt, erzeugt das heißere zentrale Gebiet der Röhre höhere abgegebene Bestrahlungsstärken als der Rest der Röhre und kompensiert die niedrigere Emissionseffizienz des mittleren Gebiets.
Grundlegende Steuermerkmale
Die Benutzersteuerungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhalten einen Hauptstromschalter 80, der sich an der Rückseite des Gehäuses 30 befindet, und einen Ein-/Aus-Schlüsselschalter 90 und einen Zeitgeber 100, auf einer Seite des Gehäuses 30. Der Zeitgeber 100 enthält einen Belichtungszeitindikator 102, der die verbleibende Behandlungszeit anzeigt.
Der Hauptstromschalter 80 ist Teil eines abgesicherten Leistungseingangsmoduls, das aus einem zwei Positionen aufweisenden Wippschalter und einem Stromkabelverbinder nach dem Standard der International Electrotechnical Commission (IEC) besteht. Das Drücken des Wippschalters in die Position "1" führt dem System Strom zu. Die Gebläse 70 arbeiten, aber die Röhren 10(1)-10(7) leuchten erst dann auf, wenn der Schlüsselschalter 90 eingeschaltet und der Zeitgeber 100 gesetzt und aktiviert wird. Wenn sich der Hauptstromschalter in der Position "0" befindet, sind alle elektrischen Komponenten innerhalb der vorliegenden Erfindung von der Netzleitung getrennt. Das abgesicherte Leistungseingangsmodul liefert einen Überstromschutz für die vorliegende Erfindung und eine Strombegrenzung im Fall eines Stromstoßes; der Hauptstromschalter 80 liefert keinen Strom an die Einheit, wenn eine der Sicherungen in diesem Modul durchgebrannt ist.
Der Schlüsselschalter 90 liefert ein Mittel, mit dem die Verwendung der vorliegenden Erfindung auf autorisiertes Personal eingeschränkt werden kann. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfordert der Betrieb des Zeitgebers 100 und der Röhren 10(1)-10(7), daß der Schlüssel eingesteckt und er um ¼, Drehung im Uhrzeigersinn in die "Ein"-Position gedreht wird. Dies aktiviert den Zeitgeber 100, so daß die vorgeschriebene Belichtungszeit eingegeben werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert der Systemzeitgeber 100 den Betrieb der Leuchtstoffröhren 10(1)-10(7) direkt. Er enthält drei Justier-/Steuerknöpfe 104: einen Start/Stopp- und zwei Zeitwahlknöpfe sowie den Belichtungszeitindikator 102. Der Zeitgeber 100 wird dazu verwendet, die erforderliche Belichtungszeit zu setzen und die Exposition mit sichtbarem Licht einzuleiten. Er schaltet die Röhren der vorliegenden Erfindung nach Ablauf der eingestellten Belichtungszeit automatisch ab.
Die beiden Zeitwählknöpfe 104 sind bevorzugt Membranschalter, mit denen der Benutzer die Belichtungszeit einstellen kann. Drücken des Knopfs 104 mit dem "Hoch"-Pfeil verlängert die Zeit, und Drücken des Knopfs 104 mit dem "Abwärts"-Pfeil verkürzt die Zeit. Wenn diese Knöpfe zuerst gedrückt werden, ändern sie die Ablesung auf dem Display langsam. Wenn sie weiter gedrückt bleiben, läuft das Display schneller. Kleine Justierungen an der angezeigten Zeit können vorgenommen werden, indem diese Knöpfe schnell gedrückt und losgelassen werden. Auf diese Weise kann die vorgeschriebene Behandlungszeit vom Benutzer eingestellt werden.
Der Start/Stop-Knopf 104 ist ein Membranschalter, der den Röhrenbetrieb steuert; er schaltet zwischen dem laufenden und angehaltenen Zustand der Röhren und des Zeitgebers hin und her. Nach dem Einstellen der Belichtungszeit aktiviert das Drücken dieses Knopfs 104 die Röhren und leitet die Rückwärtszählsequenz ein. Ein zweites Drücken schaltet die Röhren aus und stoppt den Zeitgeber, wodurch man ein Mittel erhält, um gegebenenfalls die Behandlung zu unterbrechen. Wenn der Start/Stop-Knopf 104 kein zweites Mal gedrückt wird, schaltet der Zeitgeber die Röhren bei Beendigung des Rückwärtszählens des Zeitgebers automatisch ab. Die Behandlung kann gegebenenfalls auch dadurch beendet werden, daß der Schlüssel in die Aus-Position gedreht oder der Hauptstromschalter 80 in die Position "0" geschoben wird.
Der Belichtungszeitindikator 102 am Zeitgeber 100 ist bevorzugt ein vierstelliges LED-Display, das Minuten und Sekunden anzeigt. Vor dem Drücken des Start/Stopp-Knopfs 104, um mit der Lichtexposition zu beginnen, zeigt das Display 102 die Belichtungszeit an, die eingestellt worden ist. Wenn der Start/Stopp-Knopf 104 gedrückt wird, um eine Behandlung einzuleiten, zählt der Belichtungszeitindikator 102 rückwärts und zeigt die verbleibende Menge der Belichtungszeit an. Die Röhren schalten sich automatisch ab, wenn das Display "00:00" lautet.
Strom wird über ein dreiadriges Stromkabel vom Krankenhaustyp zugeführt. Die Leistungsanforderung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lauten 120 V Wechselspannung, 2,5 A, 60 Hz Netzwechselspannungseingabe, die über einen externen kommerziellen Spannungsregler stabilisiert wird (z.B. einen Konstantspannungstransformator SOLA MCR1000).
Automatische Steuermerkmale
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entfällt die Notwendigkeit für eine Justierung der Vorschaltgerätspannung durch den Techniker bei mit der Verwendung abnehmender Röhrenabgabe durch die Bereitstellung einer automatischen Selbstjustierung der Vorschaltgerätspannung. Erreicht wurde dies dadurch, daß die manuellen Abgriffswahlleitungsbrücken mit einem "aktiven" System von durch einen Microcontroller aktivierten elektronischen Schaltern ersetzt wurde (9 und 9A-9D). Der Microcontroller nimmt Eingangssignale von optischen und Spannungssensoren an und aktiviert den entsprechenden elektronischen Schalter, um die abgegebene Bestrahlungsstärke innerhalb spezifizierter Parameter beizubehalten. Das aktive Schaltsystem kann Änderungen in der Leistungsabgabe aufgrund von Netzspannungs- und Temperaturschwankungen während der Behandlung korrigieren; somit ist keine externe Netzspannungsstabilisierung gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit automatischer Justierung der Vorschaltgerätspannung erforderlich. Alle anderen Komponenten der automatischen, die Vorschaltgerätspannung justierenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, einschließlich der Röhren 10(1)-10(7), Vorschaltgeräte 20, Reflektor 50 und Polycarbonatabschirmung 40, sind die gleichen wie für die manuell justierten Ausführungsformen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht ein elektronisches Steuersystem 110 aus sechs funktionellen Blöcken. Ein Microcontroller 200 ist die zentrale Verarbeitungseinheit; er enthält Firmware, die die Systemsensoren liest, den Systemstatus bestimmt, die Vorschaltgerätspannung (und Röhrenabgabe) steuert, und dem Benutzer Informationen über eine Systemstatus-LED 112 liefert (die Firmware ist unten ausführlich beschrieben). Um eine abgegebene Bestrahlungstärke im spezifizierten Bereich zu erzielen, überwacht der Microcontroller 200 die Röhrenabgabe über einen Sensor 120 für sichtbares Licht, der sich hinter dem Röhrenreflektor 50 befindet. Unter Bezugnahme auf 11 wird diffus sichtbares Licht dem Sensor 120 für sichtbares Licht durch maschinelle eingearbeitete Schlitze 122(3)-122(5) hinter jeder der mittleren drei Röhren 10(3)-10(5) an der Reflektortafel 50 unmittelbar links von der Mitte zugeführt. Eine Spannungsdetektionsschaltung 210 teilt dem Microcontroller 200 mit, wann der Zeitgeber 100 seine Rückwärtszählsequenz eingeleitet hat, und auch, wenn die maximal zulässige Vorschaltgerätespannung erreicht worden ist. Mit Eingangssignalen von diesen Sensoren vergleicht der Microcontroller 200 den aktuellen Systemstatus mit den während der Kalibrierung gespeicherten Werten und bestimmt, ob eine Justierung der Vorschaltgerätespannung erforderlich ist. Die Vorschaltgerätespannung erfolgt mit einem elektronischen Schalterarray, das über Opto-Isolatoren 222 mit Nulldurchgang an die Microcontrollerausgangsleitungen angeschlossen ist. Wenn schließlich das System nicht ordnungsgemäß funktioniert oder keine Ausgangsleistung im spezifizierten Arbeitsbereich erzeugen kann, aktiviert der Mikroprozessor 200 die Systemstatus-LED 112 und informiert den Benutzer. Die funktionellen Blöcke des elektronischen Steuersystems werden nun ausführlicher beschrieben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein vollständig programmierter eingebetteter Microcontroller 200 (z.B. Mikrochip PIC16F84) bereitgestellt, der eine Arithmetiklogikeinheit, einen System-RAM, einen nichtflüchtigen Speicherungs-RAM, ROM und Schnittstellenschaltung in einer einzelnen monolithischen integrierten Schaltung zusammenfaßt. Der Microcontroller 200 enthält außerdem eine elektronisch unabhängige "Wachhund"-Zeitgeberschaltung, die so programmiert ist, daß sie die CPU im Fall eines Microcontroller-Hardwareausfalls oder eines Firmware-Ausführungsfehlers zurücksetzt. Der Microcontroller 200 ist mit den Systemsensoren, der Systemstatus-LED 112 und dem elektronischen Schalterarray über zwölf programmierbare digitale E/A-Leitungen gekoppelt. Systemkalibrierungsparameter sind in dem chipinternen nichtflüchtigen RAM gespeichert, und alle Systemfirmware zum Steuern von Reglerfunktionen ist innerhalb der chipinternen ROM-Speicherung enthalten. Firmware wird unter Verwendung von externer Programmierungshardware in den ROM programmiert und verifiziert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit dem Sensor 120 für sichtbares Licht (z.B. einem Photosensor TSL230B von Texas Instruments) die Röhrenabgabe detektiert, und das Ausgangssignal des Sensors 120 für sichtbares Licht wird als das Regulierungskriterium verwendet. Im Fall des Photosensors TSL230B liefern eine großflächige Photodiode und ein integrierter Strom-Frequenz-Wandler ein Ausgangssignal an den Microcontroller als eine Reihe von digitalen Impulsen. Die direkte Umwandlung des optischen Signals in ein digitales Format reduziert die Schaltungskomplexität und eliminiert mit analogen Schaltungen verbundene Kalibrierungs- und Driftprobleme.
Der Sensor 120 für sichtbares Licht befindet sich hinter der mittleren Röhre 10(4) und der Reflektortafel 50 unmittelbar links von der Mitte. Um den Beitrag an sichtbarem Licht von mehreren Röhren zu überwachen, sind drei Schlitze 122(3)-122(5) in den Reflektor 50 hinter den mittleren drei Röhren 10(3)-10(5) eingearbeitet. Die Querschnittsfläche und Position dieser Schlitze 122(3)-122(5) sind derart, daß der Sensor 120 für sichtbares Licht gleichermaßen gewichtete Eingaben von den drei Röhren 10(3)-10(5) erhält. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis der Querschnittsflächen für beliebige zwei ausgewählte Schlitze proportional zu den umgekehrten Quadraten der Entfernungen der ausgewählten Schlitze vom Sensor 120 für sichtbares Licht. Der Sensor 120 für sichtbares Licht ist mit einem Filter bedeckt, um seine spektrale Empfindlichkeit auf die des Optometers anzupassen, das als der Meßstandard für die Kalibrierung verwendet wurde. Außerdem ist der Sensor 120 für sichtbares Licht mit einem Glasdiffusor bedeckt, um die Positionsabhängigkeit des Detektors relativ zu den Reflektorschlitzen 122(3)-122(5) weiter zu minimieren.
Die Spannungsdetektionsschaltung 210 erfüllt eine doppelte Funktion: Sie koordiniert den Microcontrollerbetrieb mit dem Systemzeitgeber 100 und informiert den Microcontroller 200, wenn die maximal zulässige Vorschaltgerätespannung erreicht worden ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (unter Bezugnahme auf 9A) umfaßt die Spannungsdetektionsschaltung 210 einen CD4046-CMOS-Phasenregelkreis (PLL)214, der als ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) verwendet wird. Ein Abtastwert der am Vorschaltgerät anliegenden Netzleitungsspannung wird gleichgerichtet und sowohl zum Bereitstellen von Leistung an den CD4046 und zum Steuern der VCO-Eingabe verwendet. Durch diese Anordnung kann die Schaltung eine digitale Impulsfolge erzeugen, deren Frequenz proportional zu der Vorschaltgerätespannung ist. Die Impulsfolge wird über einen Opto-Isolator 212 an den Microcontroller 200 gekoppelt, der die Vorschaltgerätespannung durch Messen der Impulsperiode bestimmt.
Die Detektion des Systemzeitgeberzustands erfolgt, indem die Zeitgeberrelaiskontakte in Reihe mit den Vorschaltgerätezuleitungen plaziert werden. Wenn der Zeitgeber 100 aus ist (z.B. keine Behandlung), dann liegt keine Spannung vor, um entweder die Spannungsdetektionsschaltung 210 oder die Vorschaltgeräte 20 anzusteuern. Wenn dieser Zustand detektiert wird, setzt der Microcontroller 200 die Systemvariablen zurück und läuft durch eine Schleife, bis eine Impulsfolge (Spannung) vorliegt. Bei Einleitung der Zeitgeberrückzählsequenz schließen sich die Zeitgeberrelaiskontakte, wodurch Spannung an die Spannungsdetektionsschaltung 210 und die Vorschaltgeräte 20 geliefert wird. Wenn das Vorliegen einer Impulsfolge von dem Microcontroller 200 detektiert wird, beginnt er mit der Regelung (siehe unten). Obwohl die Reglerschaltung die Vorschaltgerätespannung justieren kann, wird die Behandlungsdauer über den Zeitgeber 100 durch die Reihenschaltung der Relaiskontakte über Hardware gesteuert.
Nachdem die Behandlung mit sichtbarem Licht eingeleitet worden ist, überwacht der Microcontroller 200 die VCO-Impulsfolge und vergleicht sie mit einem beim Setup und der Kalibrierung der Einheit im Speicher gespeicherten Wert. Wenn der Meßwert den gespeicherten Wert übersteigt, werden weitere Erhöhungen der Vorschaltgerätespannung blockiert. Der im Microcontrollerspeicher gespeicherte Wert entspricht der Vorschaltgerätespannung bei einer Transformatorabgriffseinstellung minus ihrer maximalen Arbeitsnennspannung, wodurch die Wahl einer Transformator abgriffseinstellung verhindert wird, die die maximale Vorschaltgerätespannung übersteigen würde. Diese Technik minimiert ein unnötiges Schalten und stellt sicher, daß die Vorschaltgerätespannung ihre maximale Arbeitsnennspannung (bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 133 V Wechselspannung) zu keinem Zeitpunkt übersteigt.
Unter Bezugnahme auf die 9C und 9D umfaßt das elektronische Schalterarray für die Transformatorabgriffswahl sechs elektronische Thyristorschalter 220, die die Vorschaltgeräteeingangsleitungen und die Spannungswahlabgriffe an den Buck-/Boost-Auto-Transformatoren 60 verbinden. Die Thyristorschalter 220 steuern Gates, die elektrooptisch an den Microcontroller 200 gekoppelt sind. Der Microcontroller 200 erhöht oder verringert somit die an die Vorschaltgeräte 20 angelegte Spannung (Erhöhen oder Verringern der Röhrenabgabe) durch Bestromen der entsprechenden Steuergates, um die jeweiligen Abgriffe zu wählen.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt der Systemstatusindikator 112, wann die abgegebene Bestrahlungsleistung nicht innerhalb von Spezifikationen liegt oder wann ein Steuersystemausfall eingetreten ist. Die Untersuchung mit einem separaten Stromnetzgerät ist nicht erforderlich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt der Systemstatusindikator 112 eine einzelne LED, die den funktionalen Status des Systems mit einer codierten Blitzgeschwindigkeit anzeigt.
Unmittelbar nach dem ersten Drehen des Schlüssels in die "Ein"-Position blinkt die LED dreimal, um anzuzeigen, daß die Systemfunktion normal ist und für Verwendung bereit ist. Falls dies nicht eintritt, funktionieren entweder die LED oder der Microcontroller nicht ordnungsgemäß oder der Schlüsselschalter 90 wurde zu schnell ein-, aus- und wieder eingeschaltet, als daß der Microcontroller 200 die LED-Steuerung zurücksetzen könnte. Wenn die LED nicht dreimal blinkt, nachdem der Strom mehrere Sekunden lang abgeschaltet worden ist und wieder eingeschaltet worden ist, sollte die Einheit nicht verwendet werden.
Ein schnelles Blinken unmittelbar nach dem Einschalten des Schlüsselschalters 90 zeigt an, daß im Microcontroller 200 ein Prüfsummenfehler vorliegt. Dazu kommt es, wenn mit den im Microcontrollerspeicher gespeicherten Werten für die optische Regulierung und Vorschaltgerätespannungsgrenzen ein Problem vorliegt. In diesem Fall ist die Einheit nicht funktionsfähig und leuchtet nicht auf.
Wenn langsames Blinken auftritt, nachdem eine zeitlich gesteuerte Behandlung eingeleitet worden ist und der Regler zehnmal vergeblich versucht, die Röhrenabgabe auf einen Wert innerhalb des spezifizierten Bereichs zu reduzieren, zeigt dies an, daß die Abgabe möglicherweise zu hoch ist und die Vorschaltgerätespannung nicht weiter reduziert werden kann. Dies kann das Ergebnis eines Microcontroller- oder Komponentenausfalls sein. Wenn die LED während der Behandlung langsam blinkt, sollte die Behandlung eingestellt werden, weil die ausgegebene Leistung möglicherweise höher ist als das spezifizierte Maximum.
Falls ein konstantes Leuchten auftritt, nachdem eine zeitlich gesteuerte Behandlung eingeleitet worden ist, und der Regler zehnmal vergeblich versucht, die Röhrenausgabe auf einen Wert innerhalb des spezifizierten Bereichs anzuheben, zeigt dies an, daß die abgegebene Leistung möglicherweise zu niedrig ist und die Vorschaltgerätespannung nicht weiter erhöht werden kann. Wenn die LED während der Behandlung konstant leuchtet, aber nicht blinkt, kann die Behandlung fortgesetzt werden, obwohl die Lichtausbeute infolge einer niedrigen Röhrenausgabe möglicherweise reduziert ist. Die LED schaltet ab, wenn die abgegebene Beleuchtungsstärke später auf einen Wert über der kleinsten spezifizierten Grenze ansteigt.
Die Microcontrollerfirmware weist drei hauptsächliche ausführbare Firmwaremodule auf: Stromeinschaltungs-Setup, Kalibrierung und Regelung. Nur das Stromeinschaltungs-Setup- und das Regulierungsmodul arbeiten während Patientenbehandlungen.
Das Stromeinschaltungs-Setup-Modul läuft nur beim Microcontrollerhochfahren, wenn der Schlüsselschalter 90 eingesteckt ist und auf "Ein" gedreht ist. Zu diesem Zeitpunkt werden die Systemvariablen zurückgesetzt und im nichtflüchtigen RAM gespeicherte Kalibrierungswerte werden abgerufen. Außerdem wird eine Prüfsummenberechnung durchgeführt und mit einer gespeicherten Prüfsumme verglichen. Eine etwaige Diskrepanz bewirkt, daß die Firmware das System abschaltet und den LED-Schnellblinkcode einleitet. Nachdem ein erfolgreiches Anfahren erzielt worden ist, wird die Steuerung an das Regulierungsmodul weitergegeben.
Bei Eintritt in das Regulierungsmodul tritt der Microcontroller 200 solange in eine Spannungsdetektionsschleife ein, bis er entweder eine Impulsfolge von der Spannungsschaltung detektiert oder eine Kontaktschließung an einem der für den Techniker zugänglichen Serviceknöpfe-/-Leistungsbrücken. Der interne Takt und die Fehlerflags werden in dieser Schleife zurückgesetzt. Wenn eine Kontaktserviceschließung detektiert wird, wird die Steuerung weitergegeben an das Kalibrierungsmodul (siehe unten). Nachdem die Belichtungszeit am Zeitgeber 100 eingestellt und der "Start"-Knopf 104 gedrückt worden ist, detektiert der Microcontroller 200 die von dem VCO erzeugte Impulsfolge und tritt in die Hauptregelschleife ein. Dies startet den internen Takt (vom Zeitgeber unabhängig). Die Hauptregelschleife liest das Ausgangssignal des VCO, des Sensors 120 für sichtbares Licht und den internen Takt; wählt gegebenenfalls einen neuen Abgriffsschalter und zeigt etwaige Systemfehler alle drei Sekunden gemäß dem unten beschriebenen Algorithmus an. Die Schleifenausführung wird fortgesetzt, bis der Zeitgeber die Behandlung und die VCO-Impulsfolge beendet.
Wenn die Zeitgeberrückzählsequenz zuerst eingeleitet wird, richtet der Microcontroller 200 das Schalterarray ein, um eine Netzspannung an die Vorschaltgeräte 20 anzulegen. Während der ersten 2,5 Minuten der Behandlung (nach Bestimmung aus dem internen Takt) mißt der Sensor 120 für sichtbares Licht die Röhrenausgabe, und entsprechende Transformatorabgriffe werden gewählt, um die abgegebene Bestrahlungsstärke zwischen der Hälfte der gespeicherten Regelungsunter- und- obergrenze zu halten (9,3 und 10,7 mW/cm² gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung). Dies geschieht, um für eine optimale Röhrenerwärmung zu sorgen, während die abgegebene Bestrahlungsstärke innerhalb der spezifizierten Grenzen aufrechterhalten wird.
Um ausreichend Zeit zu gestatten, damit die Abgabe fünf Minuten nach einer etwaigen Justierung der Vorschaltgerätespannung innerhalb des erforderlichen Bereichs liegt, schaltet der Microcontroller 200 die Regelungsuntergrenze auf den gespeicherten Wert (9,3 mW/cm² bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung) nach den ersten zweieinhalb Betriebsminuten; die Obergrenze bleibt unverändert. Da die Regulierungsgrenzen jenseits dieses Punkts nicht modifiziert werden, bleibt die abgegebene Bestrahlungsstärke innerhalb dieser Grenzen, bis die Behandlung beendet wird.
Wenn die Ausgabe nicht zwischen den Regulierungsgrenzen gehalten werden kann, aktivieren die Systemfehlerflags die Systemstatus-LED. Ein Systemfehler wird erst dann gemeldet, wenn der Regler zehn Versuche unternommen hat, um den Zustand zu korrigieren. Dies gestattet Zeit, damit die Röhren auf eine Justierung reagieren können, und um "lästige" Fehleranzeigen zu verhindern.
Während jeder Schleife mißt der Microcontroller 200 die Vorschaltgerätespannung über den VCO und setzt ein Blockierflag, wenn die Spannung auf dem Maximum ist. Wenngleich diese Handlung nicht direkt einen Fehler verursacht, könnte einer angezeigt werden, wenn die Systemabgabe zu niedrig ist, aber auf Grund des Blockierflags nicht erhöht werden kann. Wenn der Zeitgeber 100 die Behandlung beendet hat, liegt die VCO-Impulsfolge nicht länger vor und der Microcontroller 200 kehrt solange zur Spannungsdetektionsschleife zurück, bis eine neue Behandlung eingeleitet wird.
Daten für das Kalibrierungsmodul werden vor der klinischen Installierung festgelegt. Die maximal zulässige Vorschaltgerätespannung für die Signale der Spannungsdetektionsschaltung 210 und des Sensors 120 für sichtbares Licht entsprechend den Regulierungsunter- und -Obergrenzen werden unter Verwendung eines Setup-/Kalibrierungsalgorithmus in den Microcontrollerspeicher programmiert.
Um die maximale Vorschaltgerätespannung einzustellen, wird eine Spannungskalibrierungsverbindungsbrücke an der Leiterplatte kurzgeschlossen, was bewirkt, daß der Microcontroller 200 in den Spannungskalibriermodus eintritt. Ein Regeltransformator wird dazu verwendet, die Vorschaltgerätespannung auf eine Transformatorabgriffseinstellung unter der größten zulässigen Vorschaltgerätespannung zu justieren (bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 127 V Wechselspannung). Durch Kurzschließen der Spannungskalibrierungsverbindungsbrücke ein zweites Mal werden sowohl dieser Spannungswert als auch eine Prüfsumme in dem nichtflüchtigen Speicher des Microcontrollers gespeichert. Immer wenn die Spannungskalibrierungsverbindungsbrücke kurzgeschlossen wird blinkt die Systemstatus-LED, um anzuzeigen, daß die Handlung beendet worden ist.
Als nächstes werden die Regulierungsober- und untergrenzen im Microcontrollerspeicher gespeichert, indem auf den optischen Kalibrierungsmodus umgeschaltet wird. Ein Referenz-UDT-Optometer (z.B. ein UDT-S370-Leistungsmeßgerät mit einer 247-Detektor/Kosinus-Diffusor-Baugruppe) wird an einem Referenzpunkt angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befindet sich der Referenzpunkt 7,5 cm (3'') von der Polycarbonatabschirmung 40 in der Mitte des therapeutisch aktiven Bereichs. Die Vorschaltgerätespannung wird mit einem Regeltransformator justiert, um die gewünschte maximale Bestrahlungsstärke auf das Optometer zu erhalten. Das entsprechende Ausgangssignal von dem Sensor 120 für sichtbares Licht wird als die Ausgabeobergrenze zu dem Microcontrollerspeicher eingegeben. Dieser Vorgang wird wiederholt, wobei die Abgabe so justiert wird, daß die gewünschte kleinste Bestrahlungsstärke auf das Optometer erhalten wird, und die Untergrenze des Reglers gesetzt wird. Schließlich wird eine Prüfsumme gespeichert und der Microcontroller 200 kehrt in das Stromeinschaltungs-Setup-Modul zurück, wobei mit dem normalen Betrieb begonnen wird. Wie bei der Spannungskalibrierung blinkt die Systemstatus-LED immer dann, wenn Kalibrierungsdaten gespeichert worden sind.
Es hat sich herausgestellt, daß gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die gemessene Abgabe über den aktiven emittierenden Bereich innerhalb 70% des gemessenen Maximums liegt, wenn mit einem Detektor mit Kosinus-Verhalten in Entfernungen von 10 cm (4'') und 5 cm (2'') gemessen wird, und innerhalb von 60% des gemessenen Maximums über alle Arbeitsentfernungen.
Beispielhafte diagnostische und Behandlungsverfahren
Ein Beispiel für ein Behandlungverfahren für präkanzeröse Läsionen wie etwa aktinische Keratose durch PDT unter Verwendung einer oben beschriebenen Leuchte in Verbindung mit 5-Aminolävulininsäure (ALA) wird nun beschrieben.
Eine im wesentliche wasserfreie ALA wird unmittelbar vor ihrem Gebrauch mit einem flüssigen Verdünnungsmittel versetzt. Der ALA-Zusatzstoff wird lokal auf die Läsionen aufgebracht, wobei ein Punktapplikator verwendet wird, um die Dispersion des ALA-Zusatzstoffs zu steuern. Ein geeigneter Applikator wird in der am 31. Oktober 1997 eingereichten US-Patentanmeldung 08/962,294 beschrieben, und ALA wird allgemein weiter in der am 2. September 1997 eingereichten US-Patentanmeldung 08/921,664 beschrieben.
Nachdem der anfängliche Auftrag des ALA-Zusatzstoffs getrocknet ist, können eine oder mehrere nachfolgende Aufbringungen analog aufgebracht werden. Etwa 2 mg/cm² ALA werden verabreicht. Die Ausbildung von lichtempfindlichem Porphyrin und die Photosensibilisierung der behandelten Läsionen tritt über die nächsten 14-18 Stunden auf, während denen die zeitliche Exposition mit direktem Sonnenlicht oder anderen hellen Lichtquellen auf ein Minimum reduziert werden sollte. Zwischen 14 und 18 Stunden nach der Verabreichung der ALA werden die Läsionen von einer Leuchte gemäß der vorliegenden Erfindung bestrahlt. Die Leuchte bestrahlt die Läsionen mit einem gleichförmigen blauen Licht über einen vorgeschriebenen Zeitraum. Gemäß einer bevorzugten Behandlung weist das sichtbare Licht eine Nennwellenlänge von 417 nm auf.
Da die Gesamtlichtdosis (J/cm²) = Beleuchtungsstärke (W/cm²) × Zeit (s), ist der einzige zusätzliche Parameter, der für die Lieferung der korrekten Behandlungslichtdosis gesteuert werden muß, die Belichtungszeit. Dies geschieht in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch den Zeitgeber, der den elektrischen Strom zu den Vorschaltgeräten steuert, und der vom Arzt eingestellt werden kann. Daten zeigen, daß von einer Quelle mit einer Bestrahlungsstärkendichte von 10 mW/cm² gelieferte 10 J/cm² klinisch annehmbare Ergebnisse liefern. Anhand der obigen Gleichung erfordert diese Lichtdosis eine Belichtungszeit von 1000 Sekunden (16 Min. 40 Sek.). Eine ausgewählte Lichtdosis kann auch verabreicht werden, indem zusätzlich oder alternativ die Bestrahlungsstärkendichte variiert wird.
Dem Fachmann ergeben sich ohne weiteres zusätzliche Vorteile und Modifikationen. Die Erfindung ist deshalb in ihren breiteren Aspekten nicht auf die spezifischen Details und repräsentativen Einrichtungen beschränkt, die hier gezeigt und beschrieben sind. Dementsprechend können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Schutzbereich des allgemeinen erfindungsgemäßen Konzepts abzuweichen, wie es durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.

Claims

Leuchte für das photodynamische Diagnostizieren oder Behandeln einer konturierten Oberfläche, umfassend: ein Gehäuse (30) zum Tragen mehrerer Lichtquellen (10), die die Oberfläche mit einer im wesentlichen gleichförmigen Lichtintensität bestrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (10) ein Array von Lichtquellen (10(1) bis 10(7)) bilden, die jeweils einen Querschnitt aufweisen, der ein allgemeines gebogenes Gebiet (10A) enthält, und Arme (10B), die sich von jeweiligen Enden des gebogenen Gebiets (10A) aus erstrecken, wobei die Lichtquellen allgemein an die konturierte Oberfläche angepaßt sind und die Oberfläche mit sichtbarem Licht bestrahlen und das Gehäuse (30) das Array von Lichtquellen bezüglich der konturierten Oberfläche trägt.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der mehreren Lichtquellen (10) ein allgemein gebogenes mittleres Gebiet (10A) und sich von jeweiligen Enden des mittleren Gebiets aus erstreckende Arme (10B) umfaßt; und wobei das Gehäuse (30) eine Öffnung umfaßt, um das Eintreten/Austreten der konturierten Oberfläche zwischen den Armen (10B) zum mittleren Gebiet (10A) zu gestatten.
Leuchte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Gebiet (10A) allgemein halbkreisförmig ist und sich die Arme (10B) im allgemeinen parallel zueinander von den jeweiligen Enden des mittleren Gebiets (10A) aus erstrecken.
Leuchte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gebogene mittlere Gebiet (10A) einen Krümmungsradius von etwa 19 Zentimetern aufweist.
Leuchte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin ein Kühlsystem (32, 42, 52) umfaßt, das dafür ausgelegt ist, die Arme (10B) und die Enden des mittleren Gebiets relativ zum mittleren Gebiet (10A) stärker zu kühlen.
Leuchte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin einen Reflektor (50) umfaßt, der von dem Gehäuse (30) getragen wird und zwischen dem Gehäuse (30) und den mehreren Lichtquellen (10) angeordnet ist; und eine Abschirmung (40), die von dem Gehäuse (30) getragen wird und zwischen den mehreren Lichtquellen (10) und der konturierten Oberfläche angeordnet ist; wobei das Kühlsystem folgendes enthält: Lüftungsöffnungen (42) in der Abschirmung (40), die für den Empfang von Umgebungsluft ausgelegt sind; Zwischenlüftungsöffnungen (52) in dem Reflektor (50), die für das Übertragen von erwärmter Umgebungsluft von einer ersten Zone zwischen dem Reflektor (50) und der Abschirmung (40) zu einer zweiten Zone zwischen dem Reflektor (50) und dem Gehäuse (30) ausgelegt sind; und Entlüftungsöffnungen (32) in dem Gehäuse (30), die für das Austragen von erwärmter Umgebungsluft ausgelegt sind.
Leuchte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin mindestens einen Lüfter (70) umfaßt, der dafür ausgelegt ist, die Umgebungsluft durch die Lüftungsöffnungen (42) anzusaugen und die erwärmte Luft durch die Entlüftungsöffnungen (32) auszustoßen.
Leuchte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüftungsöffnungen (42) Perforationen in der Abschirmung (40) in der Nähe der freien Enden der Arme (10B) enthalten und die Zwischenlüftungsöffnungen (52) Perforationen im Reflektor (50) in der Nähe der Enden des mittleren Gebiets (10A) enthalten.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Lichtquellen (10) allgemein parallel zueinander liegen und der seitliche Abstand zwischen benachbarten der mehreren Lichtquellen (10) entlang der konturierten Oberfläche variiert.
Leuchte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Abstand zwischen inneren der mehreren Lichtquellen (10) größer ist als zwischen äußeren der mehreren Lichtquellen (10).
Leuchte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) einen emittierenden Bereich enthält, und wobei die mehreren Lichtquellen (10) sieben Leuchtstofflampen (10(1),...(10(7)) mit ersten seitlichen Abständen von einer innersten (10(4)) der Leuchtstofflampen zu jeder benachbarten Leuchtstofflampe (10(3), 10(5)), zweiten seitlichen Abständen zwischen dazwischenliegenden Leuchtstofflampen (10(2), 10(6)) und jeder jeweiligen benachbarten Leuchtstofflampe (10(3), 10(5)) auf beiden Seiten der innersten der Leuchtstofflampen (10(4)), dritten seitlichen Abständen zwischen äußersten der Leuchtstofflampen (10(1), (10(7)) und jeweiligen benachbarten dazwischenliegenden Leuchtstofflampen (10(2), 10(6)) und vierten seitlichen Abständen zwischen äußersten der Leuchtstofflampen (10(1), 10(7)) und Rändern des emittierenden Bereichs, enthalten; und wobei die ersten seitlichen Abstände etwa 7 Zentimeter, die zweiten seitlichen Abstände etwa 5 Zentimeter, die dritten seitlichen Abstände etwa 3,5 Zentimeter und die vierten seitlichen Abstände etwa 2,5 Zentimeter betragen.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (10) sichtbares Licht im wesentlichen ganz innerhalb des blauen Bereichs erzeugen.
Leuchte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht eine nominelle Spitzenwellenlänge von 417 ± 5 Nanometern und eine nominelle Bandbreite von 30 Nanometern aufweist.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Lichtquellen (10) eine Leuchtstoffröhre enthalten, die innen mit Sr₂P₂O₇:Eu beschichtet ist.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Lichtquellen (10) einen größten emittierenden Gesamtbereich von etwa 2850 Quadratzentimetern und einen kleinsten therapeutisch aktiven emittierenden Bereich von etwa 1350 Quadratzentimetern bereitstellen.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Abschirmung (40) umfaßt, die von dem Gehäuse (30) getragen wird und zwischen den mehreren Lichtquellen (10) und der konturierten Oberfläche angeordnet ist; wobei die Bestrahlungsstärke von den mehreren Lichtquellen (10) über einen aktiven emittierenden Bereich bei einer Entfernung von etwa 5 Zentimetern (2 Inch) von der Abschirmung (40) weg und bei einer Entfernung von etwa 10 Zentimetern (4 Inch) von der Abschirmung weg mindestens 70% der größten Bestrahlungsstärke beträgt.
Leuchte nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungsstärke von den mehreren Lichtquellen (10) über einen aktiven emittierenden Bereich bei allen Arbeitsentfernungen von der Abschirmung (40) mindestens 60% der größten Bestrahlungsstärke beträgt.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsabgabe von den mehreren Lichtquellen (10) etwa 9 bis 11 Milliwatt pro Quadratzentimeter beträgt.
Leuchte nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsabgabe etwa 10 Milliwatt pro Quadratzentimeter beträgt.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Abschirmung (40) umfaßt, die von dem Gehäuse (30) getragen wird und zwischen den mehreren Lichtquellen (10) und der konturierten Oberfläche angeordnet ist, wobei die Abschirmung (40) von den mehreren Lichtquellen (10) zur konturierten Oberfläche emittiertes ultraviolettes Licht ausfiltert.
Leuchte nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (40) aus Polycarbonat hergestellt ist.
Leuchte nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (40) einen Lichtdiffusor enthält.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin mindestens eine elektrische Schaltung zum Bestromen der mehreren Lichtquellen (10) umfaßt, wobei die elektrische Schaltung folgendes enthält: einen Aktivierungs-/Deaktivierungscontroller zum Bestromen/Abschalten der mehreren Lichtquellen (10); eine Belichtungssteuerung zum Abschalten der mehreren Lichtquellen, nachdem eine ausgewählte Dosis des Lichts die konturierte Oberfläche bestrahlt; und ein Vorschaltgerät (20) zum Initiieren und Aufrechterhalten einer Spannung durch die mehreren Lichtquellen (10).
Leuchte nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Belichtungscontroller eine Zeitschaltuhr (100) zum Abschalten der mehreren Lichtquellen (10) nach einem ausgewählten Zeitraum ist.
Leuchte nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschaltuhr (100) mindestens eine Steuerung zum Setzen einer Zeitgrenze zum Exponieren der konturierten Oberfläche mit Licht enthält.
Leuchte nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine elektrische Schaltung weiterhin folgendes enthält: einen Sensor (120) für sichtbares Licht zum Detektieren des Lichts von mindestens einer der mehreren Lichtquellen (10) und zum Ausgeben eines dem detektierten Licht entsprechenden ersten Signals; einen Detektor zum Überwachen der Eingangsspannung zum Vorschaltgerät (20) und zum Ausgeben eines der überwachten Eingangsspannung entsprechenden zweiten Signals; einen Transformator (60) zum Liefern mehrerer möglicher Eingangsspannungen an das Vorschaltgerät (20); ein Schalterarray zum Auswählen einer der mehreren möglichen Eingangsspannungen, die dem Vorschaltgerät (20) geliefert werden sollen; und einen Prozessor zum Steuern der mindestens einen elektrischen Schaltung und zum Empfangen des ersten und zweiten Signals und Steuern des Schalterarrays; wobei der Prozessor die Eingangsspannung zum Vorschaltgerät (20) justiert, um die Ausgabe des Lichts von den mehreren Lichtquellen (10) so zu korrigieren, daß das die Oberfläche bestrahlende, im wesentlichen gleichförmige Intensität aufweisende sichtbare Licht aufrechterhalten wird.
Leuchte nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (60) ein Buck-/Boost-Auto-Transformator ist.
Leuchte nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine elektrische Schaltung weiterhin folgendes enthält: einen von dem Prozessor gesteuerten Indikator (112) zum Anzeigen des Status der Leuchte.
Leuchte nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivierungs-/Deaktivierungscontroller folgendes enthält: einen Hauptstromschalter (80) zum Steuern des Eintritts von Leistung von einer externen Quelle; und einen Schlüsselschalter (90) zum Einschränken der unautorisierten Verwendung der Leuchte.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin folgendes umfaßt: einen Sensor (120) für sichtbares Licht, der von dem Gehäuse (30) getragen wird; einen Reflektor (50), der von dem Gehäuse (30) getragen wird und zwischen dem Sensor (120) für sichtbares Licht und den mehreren Lichtquellen (10(3), 10(4), 10(5)) angeordnet ist; eine erste Blende (122(4)) im Reflektor (50), die dafür ausgelegt ist, sichtbares Licht von einer ersten (10(4)) der mehreren Lichtquellen zu dem Sensor (120) für sichtbares Licht durchzulassen, wodurch die erste Blende (122(4)) mit einer ersten Entfernung von dem Sensor (120) für sichtbares Licht beabstandet ist und eine erste Querschnittsfläche aufweist; und eine zweite Blende (122(3)) im Reflektor (50), die dafür ausgelegt ist, sichtbares Licht von einer zweiten (10(3)) der mehreren Lichtquellen zu dem Sensor (120) für sichtbares Licht durchzulassen, wodurch die zweite Blende (122(3)) mit einer zweiten Entfernung von dem Sensor (120) für sichtbares Licht beabstandet ist und eine zweite Querschnittsfläche aufweist; wobei ein Verhältnis der ersten und zweiten Querschnittsfläche proportional zu inversen Quadraten der ersten und zweiten Entfernung ist und wobei der Sensor (120) für sichtbares Licht dafür ausgelegt ist, Lichtabgabe von den ersten und zweiten der mehreren Lichtquellen (10) zu überwachen und ein Signal zum Justieren der Abgabe von sichtbarem Licht von den mehreren Lichtquellen auszugeben, so daß das die konturierte Oberfläche bestrahlende im wesentlichen gleichförmige Intensität aufweisende sichtbare Licht bereitgestellt wird.
Leuchte nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin folgendes umfaßt: eine dritte Blende (122(5)) im Reflektor (50), die dafür ausgelegt ist, sichtbares Licht von einer dritten (10(5)) der mehreren Lichtquellen zu dem Sensor (120) für sichtbares Licht durchzulassen, wodurch die dritte Blende (122(5)) mit einer dritten Entfernung von dem Sensor (120) für sichtbares Licht beabstandet ist und eine dritte Querschnittsfläche aufweist; wobei die zweiten (10(3)) und dritten (10(5)) der mehreren Lichtquellen von gegenüberliegenden Seiten der ersten (10(4)) der mehreren Lichtquellen im wesentlichen gleichmäßig beabstandet sind, wodurch die zweiten und dritten Entfernungen im wesentlichen gleich sind und die zweiten und dritten Querschnittsflächen im wesentlichen gleich sind; und wobei der Sensor (120) für sichtbares Licht dafür ausgelegt ist, Lichtabgabe von den ersten, zweiten und dritten der mehreren Lichtquellen zu überwachen und ein Signal zum Justieren der Abgabe von sichtbarem Licht von den mehreren Lichtquellen auszugeben, so daß das die konturierte Oberfläche bestrahlende im wesentlichen gleichförmige Intensität aufweisende sichtbare Licht bereitgestellt wird.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Emulieren eines Emitters mit unendlicher Ebene folgendes bereitgestellt ist: ein Emitterbereich mit einem Umkreis und mehrere Lichtquellen (10), die allgemein parallel zueinander liegen und dafür ausgelegt sind, Licht mit im wesentlichen gleichförmiger Intensität von dem emittierenden Bereich abzustrahlen; wobei ein erster seitlicher Abstand zwischen benachbarten der mehreren Lichtquellen (10) bezüglich des Umkreises variiert.
Leuchte nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der erste seitliche Abstand zwischen benachbarten der mehreren Lichtquellen (10) distal vom Umkreis größer ist als zwischen benachbarten der mehreren Lichtquellen (10) proximal zum Umkreis.
Leuchte nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Lichtquellen (10) folgendes enthalten: ein erstes Paar (10(1), 10(7)) von Lichtquellen, die parallel zueinander verlaufen und mit einer ersten Entfernung vom Umkreis beabstandet sind; ein zweites Paar (10(2) 10(6)) von Lichtquellen, die parallel zum ersten Paar verlaufen und mit einem zweiten seitlichen Abstand von entsprechenden des ersten Paars beabstandet sind; ein drittes Paar (10(3), 10(5)) von Lichtquellen, die parallel zum ersten und zweiten Paar verlaufen und mit einem dritten seitlichen Abstand von entsprechenden des zweiten Paars beabstandet sind; und mindestens eine Kern-(10(4))-Lichtquelle, die parallel zum ersten, zweiten und dritten Paar verläuft und mit einem vierten seitlichen Abstand von benachbarten Lichtquellen beabstandet ist; wobei der erste, zweite, dritte und vierte seitliche Abstand relative Entfernungsverhältnisse von jeweils etwa 2,5 : 3,5 : 5 : 7 aufweisen.
Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ausgelegt ist zur Verwendung zum Bestrahlen einer konturierten Oberfläche, auf die 5-Aminolävulinsäure lokal aufgetragen ist, im wesentlichen mit Licht im blauen Wellenlängenbereich.
Leuchte nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung etwa 1000 Sekunden Licht mit einer nominellen Spitzenwellenlänge von 417 ± 5 Nanometern und einer nominellen Bandbreite von 30 Nanometern umfaßt.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bestrahlende Licht im wesentlichen ganz innerhalb des sichtbaren Bereichs liegt.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) eine Öffnung umfaßt, um das Eintreten/Austreten der konturierten Oberfläche zwischen den Armen (10B) zum mittleren Gebiet (10A) zu gestatten.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchte so konfiguriert ist, daß sie die konturierte Oberfläche mit einer im wesentlichen gleichförmigen Intensität sichtbaren Lichts beleuchtet.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Array von Lichtquellen (10(1) bis 10(7)) eine Längsachse aufweist und die Öffnung zwischen den Armen (10B) so konfiguriert ist, daß sie eine Relativbewegung eines Patienten senkrecht zu der Längsachse gestattet.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Array von Lichtquellen (10(1) bis 10(7)) so konfiguriert ist, daß es das Gesicht eines Patienten beleuchtet.