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Die Erfindung betrifft einen handgehaltenen Lichtapplikator für medizinische Anwendungen.
Hintergrund der Erfindung
Es wird eine Vorrichtung zum Applizieren von Licht für medizinische Zwecke beschrieben, die für die Verwendung in sehr kleinlumigen Körperöffnungen und Zwischenräumen geeignet ist. Ein solcher Lichtapplikator lässt sich überall dort einsetzen, wo Licht entweder direkt oder indirekt einen therapeutischen Effekt bewirkt und das zu bestrahlende Areal im Inneren von sehr kleinen Körper- öffnungen oder Zwischenräumen, wie z.B. Zahnfleischtaschen liegt.
Die Anwendungen von Licht für therapeutische Zwecke lassen sich grob in drei Gruppen einteilen : A) Thermisch wirkendes Licht : sind eine Vielzahl von Infrarotbestrahlungsvorrichtungen bekannt.
B) Licht, das direkt von einzelnen Molekülen in den unterschiedlichen Zellen absorbiert wird, und in der Zelle eine chemische oder metabolische Veränderung bewirkt. Hierzu zählen z. B. UV-Lampen, aber auch sogenannte Softlaser, die einen biostimulativen Effekt erzeugen. Diese sind z.B. in den EC Klassen A61 N5/00, A61 N5/06 A61 N5/06C und A61 N5/06C4 zu finden.
C) Photodynamische Effekte, bei denen das Licht von einem sogenannten Photosensitizer absorbiert wird, in diesem eine chemische Reaktion auslöst und die Produkte dieser chemischen Reaktion einen therapeutischen Effekt im behandelten Gewebe auslösen. Der Photosensitizer wird der zu behandelnden Person vor der Bestrahlung verabreicht. Entsprechende Bestrahlungsvorrichtungen sind z. B. in der EC-Klasse A61 N5/06C8 beschrieben ; die Photosensitizer in der EC-Klasse A61 K41 /OOW und Unterklassen.
Sowohl für die unter B) genannten biostimulativen Prozesse, als auch für die unter C) genannten photodynamischen Effekte, werden üblicherweise sogenannte Softlaser verwendet. Das sind Laser mit Leistungen von einigen Milliwatt bis einigen hundert Milliwatt und Wellenlängen zwischen 600 nm und 1000 nm, also Rot bis Infrarot. Solche Vorrichtungen sind in W00189404, US6200309, DE4418061, EP0604931 usw. beschrieben.
Seit kurzem werden dazu auch Vorrichtungen basierend auf Hochintensitätsleuchtdioden verwendet, die jedoch alle ein Array von einer Vielzahl von Hochintensitätsleuchtdioden oder Hochin- tensitätsleuchtdioden-Elementen zur Lichterzeugung einsetzen ; die Patente US5698866, W09321842, US5420768, US5420768 und andere. Für die gezielte Bestrahlung von kleinen Gewebearealen in kleinlumigen Körperöffnungen und Zwischenräumen sind diese Arrays jedoch ungeeignet.
Der wesentliche Nachteil der Softlaser ist, dass die Erzeugung des Laserlichtes eine relativ aufwendige Art der Lichterzeugung ist, und dass das erzeugte Laserlicht über ein Lichtleitsystem bis zum Behandlungsgebiet geführt wird. Üblicherweise ist dieses Lichtleitsystem ein einfaches, zylindrisches Glasstück oder eine verpresste Glasfaseroptik, die auch gebogen sein kann. Auch die Weiterleitung über eine einzelne Glasfaser ist möglich, die prinzipiell geeignet wäre, auch in sehr kleinlumige Körperöffnungen und Zwischenräume Licht für die Bestrahlung zu führen.
Jedoch haften dieser Lösung die Nachteile an, dass einerseits, die Glasfasern dafür - samt optischem Konnektor - sehr teuer sind, weiters eine aufwendige Einkoppeloptik für die Einkoppelung des Laserlichtes in die Glasfaser notwendig ist, und andererseits die Abstrahlcharakteristik des abgestrahlten Laserlichtes in vielen Fällen unbefriedigend ist, da sie sehr stark nach vorn in Richtung der Faser zeigt.
Im einzelnen sind folgende Vorrichtungen bekannt:
A) Das amerikanische Patent US 2,296,793 A (Kirschbaum) (2. 2.1942) zeigt einen
Retraktor mit einer Beleuchtungseinrichtung, wobei das lichterzeugende Element in der gebogenen Spitze der Vorrichtung untergebracht ist. Die Energieversorgung ist im Hand- teil untergebracht. Diese Vorrichtung dient jedoch in erster Linie zum Offenhalten von
Wunden und das mittels einer kleinen Glühlampe erzeugte Licht ist weisses Licht, das der
Beleuchtung dient und nicht spektral begrenztes Licht für die therapeutische Bestrah- lung. Ausserdem ist der distale Teil in keiner Weise dafür vorgesehen oder geeignet, in kleine Körperöffnungen oder Zwischenräume eingeführt zu werden. Schliesslich ist das lichterzeugende Element zwar im gebogenen, distalen Teil untergebracht, aber nicht an dessen Spitze.
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B) Die französische Offenlegungsschrift FR 2 390 968 A (Skovajsa) (19. 1.1979) zeigt eine Vorrichtiung zur Laserbehandlung, bei welcher eine Laserdiode an der Spitze des handgehaltenen Teiles montiert ist. Diese Vorrichtung ist wie die dargelegte Erfindung für das erzielen von direkten biologischen Wirkungen das Lichtes bestimmt und es wird
Licht mit einer geringen spektralen Breite erzeugt. Allerdings wird das Licht nicht direkt an der Spitze des distalen Teiles erzeugt, sondern an dessen hinterem Ende. Der distale
Teil selbst ist hohl ausgeführt und dient als Lichtleitsystem. Die Ausführungsform des distalen Teiles legt ferner Nahe, dass diese Vorrichtung zum An- bzw. Aufsetzen an
Oberflächen, insbesonders Hautflächen vorgesehen ist und es erscheint unmöglich, den distalen Teil in kleinlumige Körperöffnungen und Zwischenräume, wie z.B.
Zahnfleisch- taschen einzuführen. Ausserdem wird das Licht mit Hilfe einer Laserdiode erzeugt, die im
Vergleich zu der in der dargelegten Erfindung eingesetzten Hochintensitäts-Leuchtdiode wesentlich teurer ist.
C) Die österreichische Gebrauchsmusterschrift AT 170 U2 (Nidetzky) (15. 3.1995) zeigt einen sogenannten Softlaser für die Akkupunktur, dessen wesentliches Merkmal die au- tomatische Auffindung der Akkupunkturpunkte ist. Auch hier ist die Vorrichtung nicht ge- eignet in kleinlumige Körperöffnungen und Zwischenräume, wie z.B. Zahnfleischtaschen eingeführt zu werden. Die enthaltenen Figur 1 zeigt deutlich, die rein oberflächliche An- wendung der Vorrichtung an der Haut. Auch ist die lichterzeugende Laserdiode nicht an der Spitze des distalen Teiles angeordnet, sonder deutlich dahinter und das Laserlicht wird mit Hilfe einer Linse in den als hohle, elektrische Sonde ausgeführten distalen Teil hineinfokussiert.
Schliesslich wird das Licht mit Hilfe einer Laserdiode erzeugt, die im
Vergleich zu der in der dargelegten Erfindung eingesetzten Hochintensitäts-Leuchtdiode wesentlich teurer ist.
D) In der internationalen Patentschrift WO 0207632 (In-Sight Medical) (31.1.2002) ist eine
Vorrichtung zur Erzeugung von weissem Beleuchtungslicht für medizinische Anwendun- gen beschrieben. Das Licht wird mittels einer Vielzahl von weissen Leuchtdioden erzeugt und das Diodenarray kann nur in grosse Operationswunden eingeführt werden, um in das
Innere des Wundareals zu leuchten. Das Licht wird mit einer Vielzahl von lichterzeugen- den Elementen erzeugt und dient der Beleuchtung eines grossen Wundareales. Die
Stromversorgung ist in einem eigenen externen Gehäuse untergebracht und der Strom wird über ein Stromzuführungskabel zur lichterzeugenden Einheit geleitet, die Vorrich- tung nicht geeignet in kleinlumigen Körperöffnungen und Zwischenräume, wie z. B. Zahn- fleischtaschen eingeführt zu werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gezielte Bestrahlung von kleinen Gewebearea- len mit Licht mit einer solchen Vorrichtung vorzunehmen, die auch eine Bestrahlung von solchen Gewebearealen in kleinlumigen Körperöffnungen und Zwischenräumen, wie z.B. Zahnfleischta- schen zulässt. Weiters soll die Beweglichkeit des Anwenders weder durch zusätzliche elektrische Kabel oder Lichtleiter, noch durch andere externe Verbindungen eingeschränkt werden. Darü- berhinaus soll die Lichterzeugung so nah, wie möglich am eigentlichen Abstrahlungsort erfolgen, so dass keine weiteren optischen Komponenten für eine Weiterleitung des Lichtes erforderlich sind.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass :
1. der distale Teil des Lichtapplikators mit einem Durchmesser kleiner als 1 mm ausgeführt ist und dass direkt an dessen Spitze ein einziges Hochintensitätsleuchtdioden-Element mit
Durchmesser kleiner als der des distalen Teiles angebracht ist, das das Licht erzeugt und daher erstens derselbe keine Glasfaseroptik samt Einkoppeloptik zur Weiterleitung des
Lichtes von der Lichtquelle zur Spitze des distalen Teiles benötigt und zweitens der räumli- che Abstrahlungswinkel an der Spitze wesentlich breiter ist, als es die Apertur eines Glas- faserende zulässt und dadurch ein wesentlich grösserer Anteil des Lichtes lateral abgestrahlt werden kann.
2. Die elektrische Kontaktierung des Hochintensitätsleuchtdioden-Elementes erfolgt auf der der lichtabstrahlenden Seite gegenüberliegenden Seite des Elementes, also auf der Rück- seite.
3. Das Hochintensitätsleuchtdioden-Element ist an einem Halteteil befestigt, bevorzugt ver- klebt, der ein planes Anliegen der Rückseite des Hochintensitätsleuchtdioden-Elementes
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ermöglicht. Dazu hat er an den Stellen bei denen die Kontaktierung erfolgt, entsprechende
Vertiefungen. Dieser Halteteil ist je nach Ausführungsform entweder A) ein selbständiger
Einzelteil, der in der Spitze des distalen Teiles befestigt ist oder B) der distale Teil ist ent- sprechend ausgeführt. Im Falle A) ist dieser Halteteil vorteilhafterweise elektrisch isolierend und thermisch leitend ausgeführt.
4. Der Kleber zur Befestigung des Hochintensitätsleuchtdioden-Elementes ist thermisch lei- tend und elektrisch isolierend.
5. Die Abführung der vom Hochintensitätsleuchtdioden-Elementes erzeugten Wärme erfolgt im Fall 3A) über das selbständige Halteelement und über die Seitenflächen auf den dista- len Teil des Lichtapplikators; im Falle 3B) direkt auf den distalen Teil.
6. Vor dem Hochintensitätsleuchtdioden-Element ist ein Schutzglas angeordnet oder ein opti- sches Element, das neben seiner Schutzwirkung auch die Abstrahlcharakteristik beeinflusst.
7. Der distale Teil des Lichtapplikators ist je nach Ausführungsform gerade oder gewinkelt ausgeführt, so dass für unterschiedliche räumliche Gegebenheiten ein optimales Einführen des distalen Teiles möglich ist. Manche Ausführungsformen sind so beschaffen, dass der distale Teil vom Rest gelöst werden kann, und ein gerader, distaler Teil und ein gewinkel- ter, distaler Teilwahlweise verwendet werden können.
8. Die Energieversorgung ist ebenfalls direkt im Handteil des Lichtapplikators untergebracht.
9. Als Bedienelement ist zumindest ein elektrischer Schalter vorhanden. Je nach Ausfüh- rungsform ist weiters eine Steuerelektronik samt dafür erforderlichen Bedienelementen zur
Einstellung unterschiedlicher Lichtintensitäten, unterschiedlicher Applikationszeiten und gegebenenfalls unterschiedlicher, zeitlicher Verläufe der Lichtintensität im Handteil unter- gebracht. Zusätzlich sind bei manchen Ausführungsformen unterschiedliche Anzeigeele- mente vorhanden ; z. B. eine Indikatorleuchte oder ein Anzeige für eingestellte Bestrah- lungsparameter und dergleichen.
Die oben genannten Merkmale und vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemässen Lichtapplikators zur Bestrahlung in kleinlumigen Körperöffnungen und Zwischenräumen werden aus den beiliegenden Zeichnungsfiguren noch deutlicher. Die Zeichnungsfiguren zeigen im einzel- nen :
Figur 1: Zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Lichtapplikators mit gewinkeltem, distalem Teil. Der Handgriff (1) ist hohl ausgeführt und an seiner Vorderseite ist der abnehmbare, gewinkelte, distale Teil (2) befestigt. An der Spitze des abnehmbaren, distalen Teiles ist das Hochintensitätsleuchtdioden-Element (3) an oder in einem Halteteil (4) befestigt.
Davor, unmittelbar an der Spitze des distalen Teiles (2) ist ein Schutzglas (5) angebracht oder ein optisches Element, das neben seiner Schutzfunktion auch die Ab- strahlcharakteristik das Bestrahlungslichtes gezielt beeinflusst. Im Inneren des Handgriffes (1) sind die Energiespeicher (6) - z. B. Batterien, Akkus, miniaturisierte Brennstoffzellen - untergebracht. Davor ist zumindest ein Schalter (7) und eine Indikatorleuchte (8) angeord- net. Bei manchen Ausführungsformen des erfindungsgemässen Lichtapplikators sind zu- sätzlich eine Anzeige für die eingestellten Arbeitsparameter (9) und weitere Tasten oder andere Bedienungselemente (10) untergebracht. Mit Hilfe dieser Bedienungselemente las- sen sich sowohl die Leistung des abgegebenen Lichtes einstellen, als auch die Bestrah- lungszeit, und bei manchen Ausführungsformen der zeitliche Verlauf der Lichtintensität.
An der Stelle, an der der distale Teil (2) am Handgriff (1) befestigt ist, sind zwei Kontaktpaare (11) für die Weiterleitung des Stromes zum Hochintensitätsleuchtdioden-Elementes (3) an der Spitze des distalen Teiles montiert. Der Strom wird im Inneren des distalen Teiles (2) z. B. in zwei getrennten Drähten (12) weitergeleitet. Der Handgriff (1) ist mit einem
Verschluss (13) an seinem hinteren Ende verschlossen. Die Stromzuführungsdrähte können innerhalb des distalen Teiles des Lichtapplikators n getrennten Kanälen bzw. Bohrungen geführt sein.
Figur 2 : eine andere bevorzugte Ausführungsform, wobei hier der distale Teil gerade aus- geführt ist. Diese Ausführungsform verfügt über die gleichen Elemente, wie jene, die in
Figur 1 beschrieben ist.
Figur 3 : die Befestigung des Hochintensitätsleuchtdioden-Elementes (3) am Befesti- gungsteil (4), die beide in der Spitze des distalen Teiles (2) untergebracht sind. An das
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Hochintensitätsleuchtdioden-Elementes (3) sind die beiden Stromzuführungsdrähte (12) an der Rückseite angebondet. Das Hochintensitätsleuchtdioden-Element (3) ist gemeinsam mit den Drähten an den Halteteil (4) mittels eines thermisch leitenden, elektrisch isolieren- den Klebers (K) angeklebt. Der Halteteil ist in den distalen Teil (2) entweder eingepresst, oder ebenfalls verklebt. Vor dem Hochintensitäts-Leuchtdioden-Elementes (3) ist ein
Schutzglas (5) angebracht.
Dieses Schutzglas kann auch als optisches Element ausgeführt sein, z.B. als Fresnellinse oder Gitter oder teilweise verspiegelt, so dass die Abstrahlcharak- teristik des abgegebenen Lichtes in gewünschter Weise modifiziert wird.
Figur 4 : eine weitere Art der Befestigung des Hochintensitätsleuchtdioden-Elementes (3).
Der Halteteil (4) ist mit zwei Durchkontaktierungen (14) versehen, an deren Rückseite die
Zuführungsdrähte (12) kontaktiert sind. An der Vorderseite der beiden Durchkontaktierun- gen (14) ist jeweils ein elektrisch leitender Kleber (15) aufgebracht, der die elektrische Ver- bindung zu den beiden Kontaktstellen (16) am Hochintensitätsleuchtdioden-Elementes (3) herstellt. Um die Wärmeleitung vom Hochintensitätsleuchtdioden-Elementes (3) auf den
Halteteil (4) zu verbessern, ist der Zwischenraum zwischen Hochintensitätsleuchtdioden-
Elementes (3) und Halteteil (4) mit einer wärmeleitenden Substanz (17) ausgefüllt.
Mit der erfindungsgemässen Anordnung des Hochintensitätsleuchtdioden-Elementes an dem dünner als 1 mm ausgeführten distalen Teil des erfindungsgemässen Lichtapplikators ist gewähr- leistet, dass das Licht für die medizinische Bestrahlung auch in kleinlumigen Körperöffnungen und Zwischenräumen gezielt auch auf kleine Gewebeareale appliziert werden kann. Durch unterschied- lich ausgeführte, abnehmbare, distale Teile, kann der Lichtapplikator an unterschiedliche räumliche Gegebenheiten während der Bestrahlung angepasst werden. Weiters wird durch die Unterbringung der Energiespeicher im Handteil des Lichtapplikators die Beweglichkeit des Lichtapplikators durch keinerlei externe Verbindungen eingeschränkt.
Die Lichterzeugung direkt an der Spitze des dista- len Teiles des Lichtapplikators, führt dazu, dass keine Glasfaseroptik zur Weiterleitung des Lichtes vom Erzeugungsort zum Abstrahlort notwendig ist. Das bedeutet, dass der erfindungsgemässe Lichtapplikator durch das Wegfallen der Glasfaser samt Einkoppeloptik sehr kostengünstig gefertigt werden kann, sehr leicht ist und keine optischen Verluste an den optischen Grenzflächen aufweist.
Durch den hohen Wirkungsgrad des Hochintensitätsleuchtdioden-Elementes ist auch die Wärme- erzeugung auf ein Minimum reduziert. Darüberhinaus ist die räumliche Abstrahlcharakteristik des Hochintensitätsleuchtdioden-Elementes wesentlich breiter, als die eines planen Glasfaserendes, was zu einer stärkeren lateralen Abstrahlung des Bestrahlungslichtes führt und damit zu einer besseren Behandlungswirkung des Lichtes zu den Seiten der kleinlumigen Öffnungen und Zwi- schenräume hin.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Handgehaltener Lichtapplikator für medizinische Anwendungen, dadurch gekennzeich- net, dass der distale Teil des Lichtapplikators mit einem Durchmesser kleiner als 1 mm ausgeführt ist und dass direkt an dessen Spitze ein einziges Hochintensitätsleuchtdioden-
Element mit Durchmesser kleiner als der des distalen Teiles angebracht ist, das das Licht erzeugt und daher erstens derselbe keine Glasfaseroptik samt Einkoppeloptik zur Weiter- leitung des Lichtes von der Lichtquelle zur Spitze des distalen Teiles benötigt und zweitens der räumliche Abstrahlungswinkel an der Spitze wesentlich breiter ist, als es die Apertur eines Glasfaserende zulässt und dadurch ein wesentlich grösserer Anteil des Lichtes lateral abgestrahlt werden kann.