WO1999004857A1 - Device and method for irradiating a patient's eye for photodynamic therapy - Google Patents

Device and method for irradiating a patient's eye for photodynamic therapy Download PDF

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WO1999004857A1
WO1999004857A1 PCT/EP1998/004642 EP9804642W WO9904857A1 WO 1999004857 A1 WO1999004857 A1 WO 1999004857A1 EP 9804642 W EP9804642 W EP 9804642W WO 9904857 A1 WO9904857 A1 WO 9904857A1
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optical fiber
light
hemispheres
disc
radiation
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PCT/EP1998/004642
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Hubert Van Den Bergh
Boris Karamata
Michel Sickenberg
Original Assignee
Novartis Ag
Novartis-Erfindungen Verwaltungsgesellschaft Mbh
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    • A61N5/062—Photodynamic therapy, i.e. excitation of an agent
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    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B18/22—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor
    • A61B2018/2255—Optical elements at the distal end of probe tips
    • A61B2018/2261—Optical elements at the distal end of probe tips with scattering, diffusion or dispersion of light

Definitions

  • the invention relates to a device for irradiating an eye of a patient in training in accordance with the preamble of claim 1 and a method for photodynamic therapy for preventing a secondary cataract.
  • Photodynamic therapy has been known since the 1970s and is primarily used in medicine to treat cancer.
  • the basic concept of the PDT is relatively simple: It is the use of light-absorbing molecules that are supplied to the tissue to be treated and of light of the appropriate wavelength. When the tissue is irradiated with the light, the light-absorbing molecules are selectively excited. This excitation energy is then released to the surrounding tissue, causing it to be destroyed by increased local energy supply.
  • EP-A-0437 181 describes a device for irradiating the bronchial tubes of a patient which has an optical fiber, the end of which opens into a tube filled with silicone compound and TiO 2 , as a result of which the light propagating in the direction of the longitudinal axis of the optical fiber is thus so is scattered that it spreads radially in all spatial directions and that the tissue previously treated with a dye is now evenly irradiated.
  • An irradiation device is known from US-A-4,660,925, in which the end of an optical fiber opens into a tube which is filled with a light-scattering material and produces a cylindrical beam profile.
  • a spatially uniform beam profile is thus achieved with both devices.
  • this is not desirable for certain applications in medicine because, due to the geometrical circumstances, spatially adapted radiation is required, such as for the photodynamic therapy of the secondary cataract.
  • a person has a 50% chance of developing a primary cataract (cataract) during their lifetime. This is a change in the eye lens that can lead to blindness without surgical treatment. There are various therapeutic options for treating cataracts. However, more than 40% of patients develop secondary cataract after this treatment, also known as night star or capsule opacification, which is a direct result of treatment for primary cataract.
  • the crystalline lens of the eye becomes cloudy in both primary and secondary cataracts.
  • the lens is made of an intracellular material that is encased in a relatively strong, elastic capsule made of glycoproteins. There is a single-layer epithelium in the front area. The epithelial cells that were on the back surface during the embryonic period were shifted towards the equator with the formation of lens fibers. Clinically, the lens is divided into the anterior and posterior poles, the equator and the various bowl-shaped zones. The innermost part is formed by the lens nucleus. It is not only the oldest, but also the hardest part of the lens.
  • the primary cataract corresponds to a clouding of the crystalline nucleus, which is caused by a number of factors, such as genetic disposition, aging processes and possibly the extent of the absorbed UV light.
  • the most frequently used therapy for cataract treatment is extracapsular lens removal, in which a 3 mm incision is made in the equatorial zone of the cornea. This opening allows a special suction-rinsing device, the tip of which vibrates with a high ultrasound frequency, to enter the eye. As a result, the lens core is smashed like with a gouge and then suctioned off. This procedure bites after removal of all lens opacities the posterior capsule as a fine clear cuticle that prevents the vitreous from stepping forward.
  • An artificial lens implant called an intraocular lens (IOL)
  • IOL intraocular lens
  • a disadvantage of extracapsular surgery is that after 3 months to 4 years, secondary cataracts (night star) occur in approximately 40% of patients.
  • This is a clouding of the posterior capsule, which is caused by the migration and proliferation of reproductive epithelial cells to the inside of the posterior capsule.
  • This is a direct result of extracapsular extraction, since cutting a circular opening into the capsule and extracting the core disrupts the epithelial cells and therefore forms fibrous and / or pearls during the healing process that migrate to the inside of the posterior capsule.
  • These new cell structures are cloudy and gradually reduce vision to blindness.
  • Epithelial cells which are located in the equatorial zone, show a strong cell division activity and are mainly responsible for the night star.
  • proliferation can lead to further complications, such as a shift in the intraocular lens.
  • the clouded structures are generally destroyed by irradiation with the light of a pulsed neodymium YAG (Nd-YAG) laser, which can be handled quite reliably.
  • Nd-YAG pulsed neodymium YAG
  • destruction of the posterior capsule occurs in 4% of cases, which can lead to various complications and even damage to the intraocular lens (IOL).
  • IOL intraocular lens
  • the additional treatment costs caused by a second procedure and the inconvenience for the patient should not be neglected. In developing countries in particular, the additional costs are so high that they cannot be met by most patients who suffer from a night star.
  • Another possibility of preventing the capsule from clouding is to destroy the capsule's epithelial cells during the extracapsular extraction, since these have lost their biological function after the extraction of the lens nucleus.
  • Another important reason for avoiding the appearance of a night star is the prospect of replacing the worn lens material with a transparent, biocompatible, visco-elastic material in order to restore the ability of the eye to accommodate those who do not suffer from primary cataracts .
  • Such a therapy is currently not feasible, especially since the posterior capsule becomes cloudy after the capsule has been refilled with the replacement material.
  • the epithelial cells should be irradiated as homogeneously as possible.
  • the typical irradiation should be in the range of 1 to 10 J / cm 2 and the irradiation time in the range of one minute in order to rule out damage to the adjacent tissue.
  • the wavelength of the light should be easy to handle and should preferably be in the visible range.
  • the maximum diameter of the device to be inserted should not exceed 2.5 mm so that it can be inserted into the eye relatively easily. Furthermore, the radiation device should not have any sharp edges so that it can be inserted into the lens area through the incision in the cornea, the device not coming into contact with the cornea or with the front capsule during insertion.
  • the radiation head must withstand mechanical loads when it is introduced into the eye and when it is removed.
  • the invention is concerned with the problem of developing a device for irradiating the eye with which photodynamic therapy for preventing secondary cataract can be carried out. Furthermore, it is an object of the invention to develop a method for preventing a secondary cataract.
  • the device according to the invention makes it possible, by scattering the light in an integrating sphere, to provide a toroidal beam profile which is matched to the geometry of the eye and thus allows selective irradiation of the desired eye area. Due to the spatially limited irradiation of the equatorial zone of the lens capsule, photodynamic therapy of the epithelial cells can thus be carried out, since it can be prevented that the surrounding tissue, such as the retina, is damaged by the combination of dye and light in areas where the dye molecules have inadvertently entered.
  • the device according to the invention achieves homogeneous irradiation of the epithelial cells, since the irradiance is almost constant in the area of the equatorial zone.
  • Figure 1 is an illustration of a device according to the invention.
  • Fig. 2 is an enlarged view of an embodiment of the
  • FIG. 3 shows an illustration of the exemplary embodiment of the radiation head from FIG. 2 with a partial illustration of a section through the irradiance profile of the emerging light;
  • Fig. 4 shows the course of the irradiance at
  • Fig. 5 shows the course of the irradiance at
  • Fig. 6 is a schematic representation of the extracapsular
  • Fig. 7 is a schematic representation of the onset of
  • the device for irradiating the eye for photodynamic therapy consists of a laser 2 which emits light of the desired wavelength, an optical light guide 3, a handle 4 and the irradiation head 5.
  • a laser 2 is preferably a Laser with a wavelength of 690 nm selected. The light emitted by the laser 2 is coupled into the optical fiber 3, passed on there and exits again in the region of the radiation head 5.
  • the head 5 of the device shown in more detail in FIG. 2 is designed as an integrating ball, which consists of two hemispheres 6, which are separated from one another by a gap 7.
  • a disc 8 is preferably made of transparent silicone, which preferably has a diameter of 2 mm and is 0.27 mm wide.
  • the silicone advantageously contains TiO 2 particles as the scattering material, the grain size of which is expediently 200 nm and which are distributed in the silicone disk with a density of 4 mg / g.
  • the base of the two hemispheres 6, which surround the disk 8 on both sides also has a diameter of 2 mm. They are preferably made of BK7 glass.
  • the outer surface of the hemispheres 6 is expediently coated with a 200 nm thick copper layer 9, which enables a reflection of the light of over 95% at a wavelength of 690 nm.
  • a thin layer of silica is advantageously applied to the copper layer in order to protect the copper layer 9 from mechanical influences and oxidation.
  • the optical fiber 3 is preferably cut at an angle of 40 °, polished and coated with a 200 nm thick copper layer 11, which enables a reflection of the light of 95% at a wavelength of the light of 690 nm.
  • the hemisphere 6 has a bore 12 into which the end 10 of the optical fiber 3 is inserted during the manufacture of the radiation head 5.
  • the bore 12 preferably has a diameter of 0.35 mm and is offset by 0.7 mm from the plane of the disc (8).
  • the optical fiber is inserted into the bore such that it is preferably inclined at an angle of 5 ° to 20 °, in particular 10 °, with respect to the plane of the disk 8.
  • the optical fiber 3 is glued into the bore 12 with a transparent, flexible epoxy resin 13.
  • a multimode fiber with a core diameter in the range of 200 ⁇ m is preferably used as the optical fiber 3, which preferably has a refractive index of 1.51. Since the refractive index of silicone is 1.40 and that of BK7 glass is 1.52, losses due to refraction are largely avoided.
  • the fiber 3 is expediently surrounded by a jacket 14 made of stainless steel with an outer diameter of 0.7 mm, the tip of which is advantageously cut at an angle of 40 °, since the jacket 14 can thus be better glued to the surface of the ball 6 .
  • the steel jacket 14 preferably has a bending radius of 11 mm and is connected to the handle 4. From the handle 4 to the laser 2, the optical fiber is guided in an outer tube made of PTFE (Teflon).
  • the fiber 3 preferably has a numerical aperture of 0.21, so that the device can be connected to a suitable laser.
  • a diode laser with an output of 500 mW, for example, is suitable for this.
  • An integrating sphere is a hollow backscattering sphere. After entering the integrating sphere, the light is reflected several times on the inner surface of the sphere. Multiple reflections are achieved by a highly backscattering coating that behaves locally like a Lambertian in which the luminance is independent of the direction of observation, i.e. the luminous surface looks equally bright from all directions.
  • a hole in the wall of the integrating sphere now behaves like an ideal Lambertian light source, i.e. the light intensity is directly dependent on the cosine of the angle ⁇ in relation to the surface normal of the emission surface:
  • the laser light is guided through the optical fiber 3 into the interior of the integrating ball 6 made of glass, in which the light is scattered several times.
  • the light can escape through the narrow equatorial gap 7.
  • the beam profile of the emerging light should be very similar to that of an ideal Lambertian lamp. In three dimensions, this corresponds to a toroidal distribution.
  • the backscattering coating normally consists of a very sensitive layer, such as barium sulfate or magnesium oxide, which is very difficult to adhere and must have a thickness of 1 mm in order to have good scattering properties. Therefore, a copper coating 9 with good reflection properties at 690 nm was used for the present invention. Due to the roughness of the spherical surface, the extent of the scatter is limited.
  • the radiation head 5 of the device according to the invention has an additional “scattering volume” 8 in order to scatter the light sufficiently.
  • This "scattering volume” 8 is arranged in the equatorial splitting plane 7 of the ball 6, i.e. the light leaves the sphere 6 after passing through this "scattering volume” 8.
  • the light intensity of the emitted light has the profile 15 of a "Lambert" -shaped steel, such as this is shown in Fig. 3.
  • the equatorial scattering volume 8 also has a smoothing effect on the profile of the luminous intensity, so that there is a maximum and constant profile in the equatorial plane of the sphere.
  • the fiber end 11 should be arranged perpendicular to the gap plane 7. In practice, however, this would mean that a very small radius of curvature of the optical fiber of about 2 mm would be required if the surgical incision was made in the peripheral zone of the cornea. However, such a geometry cannot be realized due to the physical properties of the optical fiber used.
  • the fiber 3 is therefore introduced into the ball 6 almost parallel (approximately at an angle of 10 °) and the light is reflected on the metal coating 11 at the fiber end 10, so that the light beam is now aligned perpendicular to the splitting plane 7.
  • the fiber 3 is also arranged in the steel jacket 14 in a slightly curved manner.
  • a beam profile is achieved in a good approximation to the specified geometric conditions of the eye.
  • the radiation head consists of a few components. This is important for the manufacture of the device, since the components are relatively small.
  • the shape of the radiation head is ideal for insertion and removal from the eye.
  • the radiation yield of the radiation head should be quite high.
  • a high radiation yield also makes it possible to reduce either the irradiation time or the required input power of the laser.
  • the profile of the irradiance was measured at a distance of 60 mm from the center of the irradiation head.
  • the radiation head was rotated about two axes of rotation, namely about axes A and B illustrated in FIG. 3.
  • the detector had a light-sensitive area of approximately 2 mm 2 and was arranged in the slit plane.
  • the irradiance profile When measuring the beam profile by rotating the device around the A axis in the range from 0 ° to 360 °, the irradiance profile should be constant. 4 shows the measured irradiance profile as a function of the rotation angle. The relative error of the irradiance was typically +/- 11% in the measurements, which is primarily due to geometrical inaccuracies in the irradiation head of the device and variations in the local concentration of TiO 2 .
  • the radiation head rotates at an angle of -90 ° to + 90 ° around the B axis, which extends at an angle of 90 ° to the A axis, into the paper plane and represents a tangent to the surface of the sphere.
  • the measurements showed that the profile is approximately symmetrical with a maximum at 0 ° and minima at + 90 ° and -90 °, whereby the minima are somewhat higher than the 0 value, which is due to the cos law for an ideal integrating Bullet would be reached.
  • a higher transmission through the copper coating than assumed, small holes in the coating and possibly a too large scattering volume can explain the values by + 90 ° and - 90 °.
  • the irradiance on the surface of the ellipse can be calculated between + 90 ° and -90 °, based on the B axis.
  • the irradiance on the model surface is calculated by dividing the measured irradiance when rotating around the B axis by the square of the distance between the ellipse and the gap.
  • the angle of the incident light beam was taken into account by inserting the cosine between the ellipse gap vector and the ellipse vector.
  • the profile of the irradiance should be constant between + 45 ° and -45 ° and zero for higher angles.
  • the irradiance for angles greater than + 45 ° and angles less than - 45 ° is still significantly higher than zero, because due to the short distance between the capsule and the radiation head, the radiation intensity in the area of the minima is greater Dimension contributes to radiation.
  • the radiation H of the equatorial zone of the lens can be determined according to the following equation:
  • t (s) is the irradiation time
  • K is a constant and ⁇ LaSer is the laser beam power that is fed into the fiber optics, taking into account coupling losses of about 20%.
  • K depends on the radiation yield of the radiation head, the optical coupling of the laser beam into the fiber and the distance between the equatorial surface of the model lens and the device.
  • a K value of 0.15 is typically obtained, a value that can be assumed to be constant for the entire equatorial zone of the lens. This means that with an input power of 300 mW and an irradiation time of 1 minute, an irradiation dose of 2.7 J / cm 2 for the epithelium is achieved. Because in practice the big one and the shape of the lens varies and the beam profile is not constant in the area to be treated, it is difficult to accurately determine the relative error of the radiation.
  • the present device according to the invention has no effect in the depth of the tissue, since the irradiance decreases inversely to the square of the distance. This means that the area behind the capsule is irradiated to a much lesser extent. The photo destruction is thus caused by an even distribution of the dye molecules in the epithelial cells.
  • the light ring of the radiation head serves as an orientation for the surgeon for the correct positioning of the device.
  • a holding device for example an XYZ table, can be provided, which fixes the irradiation head in the centered position during the irradiation.
  • All materials used for the device should be selected so that both gas phase sterilization with ethylene oxide and autoclaving at 135 ° C in a water vapor atmosphere is possible for one hour. It is also important that all materials used are non-toxic.
  • the maximum force that is exerted on the device during insertion and removal from the cornea is 0.1 N. Measurements have shown that the device according to the invention can also withstand a force of 0.5 N.
  • a new type of light emitter was created with the device according to the invention, which is based on the principle of the integrating sphere and produces a “toroidal” beam profile.
  • a beam profile enables the specific destruction of epithelial cells and reduces the risk of potentially dangerous radiation exposure from other parts of the Eye, like the retina.
  • the profile can be varied to a certain extent by the width of the gap and the concentration of TiO 2 particles. If a different wavelength range is to be used, the coating can be replaced by a different material, such as silver.
  • a relatively homogeneous radiation of up to 2.7 J / cm 2 can be applied in one minute without heating the tissue significantly above 37 ° C. Higher radiation can be achieved by increasing the laser power or by increasing the radiation time.
  • the device according to the invention is used in the context of photodynamic therapy (PDT).
  • PDT photodynamic therapy
  • the cells are made to take up a certain amount of a non-toxic dye. Then they are irradiated at a relatively low light intensity with the wavelength at which the dyes absorb, thereby creating metastable excited states. From the excited states, the energy is transferred to oxygen, which is very reactive and diffuses into the surrounding tissue. The excited oxygen and other excited particles then initiate chemical reactions that lead to tissue destruction.
  • the basic idea of the therapy is to try to use this principle for the destruction of essentially all epithelial cells.
  • the method according to the invention for preventing secondary cataract by means of photodynamic therapy preferably comprises the following steps:
  • BPD-MA monocarboxylic acid of the benzporphyrin derivative
  • the epithelial cells should be essentially destroyed, thus preventing secondary cataracts.
  • the success of the PDT step will depend, among other factors, above all on the fact that the radiation head according to the invention emits the light in the region in which the epithelial cells are arranged.

Abstract

The invention relates to a device and method for irradiating an eye for photodynamic therapy. The device has an optical fiber into which light from a laser is introduced. Said optical fiber has a light-emerging end face which ends in a radiation head. In order to adapt the radiation profile to the geometry of the eye, the radiation head is configured as an integrating sphere, and the light emerges from the sphere, at least in areas, along the periphery of an equatorial circular plane.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Bestrahlen eines Auges eines Patienten für eine photodynamische TherapieDevice and method for irradiating a patient's eye for photodynamic therapy
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestrahlen eines Auges eines Patienten in einer Ausbildung gemass dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren für eine photodynamische Therapie zur Verhinderung einer sekundären Katarakt.The invention relates to a device for irradiating an eye of a patient in training in accordance with the preamble of claim 1 and a method for photodynamic therapy for preventing a secondary cataract.
Die photodynamische Therapie (PDT) ist seit den 70iger Jahre bekannt und wird in der Medizin in erster Linie zur Behandlung von Krebs eingesetzt. Das Basiskonzept der PDT ist relativ einfach: Es handelt sich um die Verwendung von lichtabsorbierenden Molekülen, die dem zu behandelnden Gewebe zugeführt werden, und von Licht der passenden Wellenlänge. Bei Bestrahlung des Gewebes mit dem Licht werden die lichtabsorbierenden Moleküle selektiv angeregt. Diese Anregungsenergie wird anschliessend an das umgebende Gewebe abgegeben, wodurch es zu dessen Zerstörung durch erhöhte lokale Energiezufuhr kommt.Photodynamic therapy (PDT) has been known since the 1970s and is primarily used in medicine to treat cancer. The basic concept of the PDT is relatively simple: It is the use of light-absorbing molecules that are supplied to the tissue to be treated and of light of the appropriate wavelength. When the tissue is irradiated with the light, the light-absorbing molecules are selectively excited. This excitation energy is then released to the surrounding tissue, causing it to be destroyed by increased local energy supply.
Es sind verschiedene Vorrichtungen zur Bestrahlung von Gewebe mit Licht für eine photodynamische Therapie bekannt. So ist in der EP-A-0437 181 eine Vorrichtung zum Bestrahlen der Bronchien eines Patienten beschrieben, die eine Lichtleiterfaser aufweist, deren Ende in ein mit Silikonmasse und TiO2 gefülltes Röhrchen einmündet, wodurch das sich in Richtung der Längsachse des Lichtleiters ausbreitende Licht derart gestreut wird, dass es sich in allen Raumrichtungen radial ausbreitet und nun das zuvor mit einem Farbstoff behandelte Gewebe gleichmässig bestrahlt wird.Various devices for irradiating tissue with light for photodynamic therapy are known. For example, EP-A-0437 181 describes a device for irradiating the bronchial tubes of a patient which has an optical fiber, the end of which opens into a tube filled with silicone compound and TiO 2 , as a result of which the light propagating in the direction of the longitudinal axis of the optical fiber is thus so is scattered that it spreads radially in all spatial directions and that the tissue previously treated with a dye is now evenly irradiated.
Aus der US-A-4,660,925 ist eine Bestrahlungsvorrichtung bekannt, bei der das Ende einer Lichtfaser in ein Röhrchen mündet, das mit einem lichtstreuenden Material gefüllt ist und ein zylinderförmiges Strahlprofil erzeugt. Mit beiden Vorrichtungen wird somit ein räumlich gleichförmig ausgebildetes Strahlprofil erreicht. Dies ist jedoch bei bestimmten Anwendungen in der Medizin nicht erwünscht, da aufgrund der geometrischen Gegebenheiten eine räumlich angepasste Bestrahlung erforderlich ist, wie beispielsweise für die photodynamische Therapie der sekundären Katarakt.An irradiation device is known from US-A-4,660,925, in which the end of an optical fiber opens into a tube which is filled with a light-scattering material and produces a cylindrical beam profile. A spatially uniform beam profile is thus achieved with both devices. However, this is not desirable for certain applications in medicine because, due to the geometrical circumstances, spatially adapted radiation is required, such as for the photodynamic therapy of the secondary cataract.
Für einen Menschen besteht während seines Lebens eine Wahrscheinlichkeit von 50% eine primäre Katarakt (Grauer Star) zu entwickeln. Hierbei handelt es sich um eine Veränderung der Augenlinse, die ohne chirurgische Behandlung zur Erblindung führen kann. Es gibt verschiedene Therapiemöglichkeiten zur Behandlung des Grauen Stars. Allerdings entwickeln mehr als 40% der Patienten nach einer solchen Behandlung eine sekundäre Katarakt, die auch als Nachstar oder Kapseleintrübung bezeichnet wird und eine direkte Folge der Behandlung der primären Katarakt ist.A person has a 50% chance of developing a primary cataract (cataract) during their lifetime. This is a change in the eye lens that can lead to blindness without surgical treatment. There are various therapeutic options for treating cataracts. However, more than 40% of patients develop secondary cataract after this treatment, also known as night star or capsule opacification, which is a direct result of treatment for primary cataract.
Sowohl bei der primären als auch der sekundären Katarakt kommt es zu einer Eintrübung der kristallinen Linse des Auges. Die Linse besteht aus einem intrazellulären Material, das von einer relativ festen, elastischen Kapsel aus Glykoproteinen umhüllt ist. Im vorderen Bereich befindet sich ein einschichtiges Epithel. Die Epithelzellen, die sich während der Embryonalperiode auf der Rückfläche befanden, wurden mit der Bildung von Linsenfasern zum Aequator hin verlagert. Klinisch teilt man die Linse in den vorderen und den hinteren Pol, den Aequator und die verschiedenen schalenförmigen Zonen ein. Der innerste Teil wird von dem Linsenkern gebildet. Er ist nicht nur der älteste, sondern auch der festeste Teil der Linse.The crystalline lens of the eye becomes cloudy in both primary and secondary cataracts. The lens is made of an intracellular material that is encased in a relatively strong, elastic capsule made of glycoproteins. There is a single-layer epithelium in the front area. The epithelial cells that were on the back surface during the embryonic period were shifted towards the equator with the formation of lens fibers. Clinically, the lens is divided into the anterior and posterior poles, the equator and the various bowl-shaped zones. The innermost part is formed by the lens nucleus. It is not only the oldest, but also the hardest part of the lens.
Die primäre Katarakt entspricht einer Eintrübung des kristallinen Kerns, die durch eine Reihe von Faktoren bedingt ist, wie die genetische Disposition, Alterungsprozesse sowie möglicherweise das Ausmass des absorbierten UV-Lichtes.The primary cataract corresponds to a clouding of the crystalline nucleus, which is caused by a number of factors, such as genetic disposition, aging processes and possibly the extent of the absorbed UV light.
Die zur Zeit am häufigsten angewendete Therapie zur Behandlung des Grauen Stars ist die extrakapsuläre Linsenentfernung, bei der ein 3 mm grosser Einschnitt in die äquatoriale Zone der Cornea durchgeführt wird. Diese Oeffnung erlaubt es, mit einem speziellen Saug- Spül-Gerät, dessen Spitze mit einer hohen Ultraschallfrequenz vibriert, in das Auge hineinzugehen. Dadurch wird der Linsenkern wie mit einem Hohlmeissel zertrümmert und anschliessend abgesaugt. Dieses Verfahren beiässt nach Entfernung aller Linsentrübungen die Hinterkapsel als feines klares Häutchen, die verhindert, dass der Glaskörper nach vorn tritt.The most frequently used therapy for cataract treatment is extracapsular lens removal, in which a 3 mm incision is made in the equatorial zone of the cornea. This opening allows a special suction-rinsing device, the tip of which vibrates with a high ultrasound frequency, to enter the eye. As a result, the lens core is smashed like with a gouge and then suctioned off. This procedure bites after removal of all lens opacities the posterior capsule as a fine clear cuticle that prevents the vitreous from stepping forward.
Anschliessend wird ein künstliches Linsenimplantat, das als intraokulare Linse (IOL) bezeichnet wird, in den Kapselsack, der nach der extrakapsulären Extraktion übriggeblieben ist, eingesetzt und zentriert. Nach dieser Therapie, die ungefähr 15 Minuten dauert, ist die Sehkraft wieder hergestellt, allerdings ohne die Fähigkeit zu akkomodieren.An artificial lens implant, called an intraocular lens (IOL), is then inserted and centered in the capsular bag that remains after the extracapsular extraction. After this therapy, which lasts about 15 minutes, the eyesight is restored, but without the ability to accommodate.
Ein Nachteil der extrakapsulären Operation ist jedoch, dass nach 3 Monaten bis 4 Jahren bei ungefähr 40% der Patienten eine sekundäre Katarakt (Nachstar) auftritt. Hierbei handelt es sich um eine Eintrübung der hinteren Kapsel, die durch die Wanderung und Proliferation von vermehrungsfähigen Epithelzellen zur innenseite der hinteren Kapsel verursacht wird. Dies ist eine direkte Folge der extrakapsulären Extraktion, da durch das Einschneiden einer kreisförmigen Oeffnung in die Kapsel und das Extrahieren des Kerns die Epithel-Zellen gestört werden und daher Fibrösen und/oder Perlen während des Heilungsprozesses ausbilden, die zur Innenseite der hinteren Kapsel wandern. Diese neuen Zellstrukturen sind trübe und vermindern nach und nach die Sehkraft bis zur Erblindung. Epithel-Zellen, die in der äquatorialen Zone angesiedelt sind, weisen eine starke Zellteilungsaktivität auf und sind hauptsächlich verantwortlich für den Nachstar. Darüber hinaus kann es durch die Proliferation zu weiteren Komplikationen kommen, wie beispielsweise zu einer Verschiebung der intraokularen Linse.A disadvantage of extracapsular surgery, however, is that after 3 months to 4 years, secondary cataracts (night star) occur in approximately 40% of patients. This is a clouding of the posterior capsule, which is caused by the migration and proliferation of reproductive epithelial cells to the inside of the posterior capsule. This is a direct result of extracapsular extraction, since cutting a circular opening into the capsule and extracting the core disrupts the epithelial cells and therefore forms fibrous and / or pearls during the healing process that migrate to the inside of the posterior capsule. These new cell structures are cloudy and gradually reduce vision to blindness. Epithelial cells, which are located in the equatorial zone, show a strong cell division activity and are mainly responsible for the night star. In addition, proliferation can lead to further complications, such as a shift in the intraocular lens.
Zur Zeit werden die eingetrübten Strukturen im allgemeinen durch Bestrahlung mit dem Licht eines gepulsten Neodym YAG (Nd-YAG)-Lasers zerstört, was recht zuverlässig gehandhabt werden kann. Allerdings tritt in 4% der Fälle eine Zerstörung der hinteren Kapsel auf, was zu verschiedenen Komplikationen führen und sogar eine Beschädigung der intraokularen Linse (IOL) zur Folge haben kann. Des weiteren sind die zusätzlichen Behandlungskosten, die ein zweiter Eingriff verursacht, sowie die Unannehmlichkeiten für den Patienten nicht zu vernachlässigen. Insbesondere in Entwicklungsländern sind die zusätzlichen Kosten so hoch, dass sie von den meisten Patienten, die an einem Nachstar leiden, nicht aufgebracht werden können. Eine andere Möglichkeit zur Verhinderung einer Eintrübung der Kapsel besteht darin, die Epithel-Zellen der Kapsel bei der extrakapsulären Extraktion zu zerstören, da diese nach der Extraktion des Linsenkerns ihre biologische Funktion verloren haben. Gegenwärtig wird versucht, auf mechanischem Weg möglichst viele der Epithel-Zellen zu entfernen, insbesondere in den Fällen von jüngeren Patienten, wo die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer zweiten Katarakt grösser ist. Allerdings selbst wenn nur wenige Epithel- Zellen verbleiben, was praktisch nicht zu vermeiden ist, können diese eine zweite Katarakt ausbilden, da sie eine sehr hohe Zellteilungsaktivität aufweisen.At present, the clouded structures are generally destroyed by irradiation with the light of a pulsed neodymium YAG (Nd-YAG) laser, which can be handled quite reliably. However, destruction of the posterior capsule occurs in 4% of cases, which can lead to various complications and even damage to the intraocular lens (IOL). Furthermore, the additional treatment costs caused by a second procedure and the inconvenience for the patient should not be neglected. In developing countries in particular, the additional costs are so high that they cannot be met by most patients who suffer from a night star. Another possibility of preventing the capsule from clouding is to destroy the capsule's epithelial cells during the extracapsular extraction, since these have lost their biological function after the extraction of the lens nucleus. Currently, attempts are being made to mechanically remove as many of the epithelial cells as possible, particularly in the case of younger patients, where the likelihood of a second cataract occurring is greater. However, even if only a few epithelial cells remain, which is practically unavoidable, they can form a second cataract because they have a very high cell division activity.
Ein anderer wichtiger Grund, das Auftreten eines Nachstars zu vermeiden, ist die Aussicht, das abgetragene Linsenmaterial durch ein transparentes, biokompatibles viskos-elastisches Material zu ersetzen, um die Fähigkeit des Auges zur Akkomodation von solchen Personen wiederherzustellen, die nicht unter einer primären Katarakt leiden. Zur Zeit ist eine solche Therapie nicht durchführbar, vor allem da es zur Eintrübung der hinteren Kapsel nach dem Wiederbefüllen der Kapsel mit dem Ersatzmaterial kommt.Another important reason for avoiding the appearance of a night star is the prospect of replacing the worn lens material with a transparent, biocompatible, visco-elastic material in order to restore the ability of the eye to accommodate those who do not suffer from primary cataracts . Such a therapy is currently not feasible, especially since the posterior capsule becomes cloudy after the capsule has been refilled with the replacement material.
Es wurde daher vorgeschlagen, mit Hilfe einer photodynamischen Therapie eine vollständige Zerstörung aller Epithel-Zellen der Linsenkapsel zu erreichen und somit eine Nd:YAG-Lasemachbehandlung zu vermeiden.It has therefore been proposed to achieve complete destruction of all epithelial cells of the lens capsule with the aid of photodynamic therapy and thus to avoid Nd: YAG laser treatment.
Allerdings ist eine photodynamische Therapie der Epithelzellen des Auges nur durchführbar, wenn verhindert werden kann, dass das umgebende Gewebe, wie zum Beispiel die Retina, durch die Kombination von Farbstoff und Licht in Bereichen, in die die Farbstoffmoleküle unbeabsichtigt eingetreten sind, geschädigt wird. Daher ist eine räumlich begrenzte Bestrahlung der äquatorialen Zone der Linsenkapsel (zwischen +45° und -45° bezogen auf die äquatoriale Achse, die in Fig. 6 mit aA bezeichnet ist), in der die Epithelzellen angeordnet sind, erforderlich, d.h. das Strahlprofii muss an die Geometrie des Auges angepasst werden.However, photodynamic therapy of the epithelial cells of the eye can only be carried out if the surrounding tissue, such as the retina, can be prevented from being damaged by the combination of dye and light in areas in which the dye molecules have inadvertently entered. Therefore, a spatially limited irradiation of the equatorial zone of the lens capsule (between + 45 ° and -45 ° with respect to the equatorial axis, which is denoted by aA in Fig. 6), in which the epithelial cells are arranged, is required, i.e. the beam profile must be adapted to the geometry of the eye.
Darüber hinaus sollte eine möglichst homogene Bestrahlung der Epithelzellen vorgenommen werden. Die typische Bestrahlung sollte im Bereich von 1 bis 10 J/cm2 und die Bestrahlungsdauer im Bereich von einer Minute liegen, um eine Schädigung des angrenzenden Gewebes auszuschliessen.Furthermore, the epithelial cells should be irradiated as homogeneously as possible. The typical irradiation should be in the range of 1 to 10 J / cm 2 and the irradiation time in the range of one minute in order to rule out damage to the adjacent tissue.
Die Wellenlänge des Lichtes sollte gut handhabbar und vorzugsweise im sichtbaren Bereich liegen.The wavelength of the light should be easy to handle and should preferably be in the visible range.
Der maximale Durchmesser der einzuführenden Vorrichtung sollte 2,5 mm nicht überschreiten, damit sie relativ problemlos in das Auge eingeführt werden kann. Des weiteren sollte die Bestrahlungsvorrichtung keine scharfen Kanten aufweisen, so dass sie durch den Einschnitt in der Cornea in den Linsenbereich eingeführt werden kann, wobei die Vorrichtung beim Einführen weder in Kontakt mit der Cornea noch mit der vorderen Kapsel kommen soll.The maximum diameter of the device to be inserted should not exceed 2.5 mm so that it can be inserted into the eye relatively easily. Furthermore, the radiation device should not have any sharp edges so that it can be inserted into the lens area through the incision in the cornea, the device not coming into contact with the cornea or with the front capsule during insertion.
Der Bestrahlungskopf muss mechanischen Belastungen bei der Einführung in das Auge und bei seiner Entfernung standhalten.The radiation head must withstand mechanical loads when it is introduced into the eye and when it is removed.
Die Erfindung befasst sich mit dem Problem, eine Vorrichtung zum Bestrahlen des Auges zu entwickeln, mit der eine photodynamische Therapie zur Verhinderung einer sekundären Katarakt durchgeführt werden kann. Des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verhinderung einer sekundären Katarakt zu entwickeln.The invention is concerned with the problem of developing a device for irradiating the eye with which photodynamic therapy for preventing secondary cataract can be carried out. Furthermore, it is an object of the invention to develop a method for preventing a secondary cataract.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit den im Anspruch 1 und Anspruch 31 angegebenen Merkmalen. Hinsichtlich weiterer wesentlicher Ausgestaltungen wird auf die abhängigen Ansprüche verwiesen.The invention solves the problem with the features specified in claim 1 and claim 31. With regard to further essential refinements, reference is made to the dependent claims.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht es, durch die Streuung des Lichtes in einer integrierenden Kugel ein torusförmiges Strahlprofil bereitzustellen, das an die Geometrie des Auges angepasst ist und somit eine selektive Bestrahlung des gewünschten Augenbereiches erlaubt. Durch die räumlich begrenzte Bestrahlung der äquatorialen Zone der Linsenkapsel ist somit eine photodynamische Therapie der Epithelzellen durchführbar, da verhindert werden kann, dass das umgebende Gewebe, wie zum Beispiel die Retina, durch die Kombination von Farbstoff und Licht in Bereichen, in die die Farbstoff moleküle unbeabsichtigt eingetreten sind, geschädigt wird.The device according to the invention makes it possible, by scattering the light in an integrating sphere, to provide a toroidal beam profile which is matched to the geometry of the eye and thus allows selective irradiation of the desired eye area. Due to the spatially limited irradiation of the equatorial zone of the lens capsule, photodynamic therapy of the epithelial cells can thus be carried out, since it can be prevented that the surrounding tissue, such as the retina, is damaged by the combination of dye and light in areas where the dye molecules have inadvertently entered.
Darüber hinaus wird mit der Vorrichtung nach der Erfindung eine homogene Bestrahlung der Epithelzellen erreicht, da die Bestrahlungsstärke im Bereich der äquatorialen Zone nahezu konstant ist.In addition, the device according to the invention achieves homogeneous irradiation of the epithelial cells, since the irradiance is almost constant in the area of the equatorial zone.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:Further details and advantages of the invention result from the following description and the drawing. The drawing shows:
Fig. 1 eine Darstellung einer Vorrichtung nach der Erfindung;Figure 1 is an illustration of a device according to the invention.
Fig. 2 eine vergrösserte Darstellung eines Ausführungsbeispieles desFig. 2 is an enlarged view of an embodiment of the
Bestrahlungskopfes der Vorrichtung nach der Erfindung;Irradiation head of the device according to the invention;
Fig. 3 eine Darstellung des Ausführungsbeispiels des Bestrahlungskopfes aus Fig. 2 mit einer Teildarstellung eines Schnitts durch das Bestrahlungsstärkeprofil des austretenden Lichtes;3 shows an illustration of the exemplary embodiment of the radiation head from FIG. 2 with a partial illustration of a section through the irradiance profile of the emerging light;
Fig. 4 eine Darstellung des Verlaufs der Bestrahlungsstärke beimFig. 4 shows the course of the irradiance at
Drehen des Bestrahlungskopfes um eine A-Achse;Rotating the radiation head about an A axis;
Fig. 5 eine Darstellung des Verlaufs der Bestrahlungsstärke beimFig. 5 shows the course of the irradiance at
Drehen des Bestrahlungskopfes um eine B-Achse;Rotating the radiation head around a B axis;
Fig. 6 eine schematische Darstellung der extrakapsulärenFig. 6 is a schematic representation of the extracapsular
Linsenentfernung;Lens removal;
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Einsetzens desFig. 7 is a schematic representation of the onset of
Bestrahlungskopfes nach der Erfindung in die Linsenkapsel. Die in Fig. 1 allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung zum Bestrahlen des Auges für eine photodynamische Therapie besteht aus einem Laser 2, der Licht der gewünschten Wellenlänge emittiert, einem optischen Lichtleiter 3, einem Handgriff 4 und dem Bestrahlungskopf 5. Als Laser 2 wird vorzugsweise ein Laser mit einer Wellenlänge von 690 nm gewählt. Das vom Laser 2 emittierte Licht wird in die optische Faser 3 eingekoppelt, dort weitergeleitet und tritt im Bereich des Bestrahlungskopfes 5 wieder aus.Irradiation head according to the invention in the lens capsule. The device for irradiating the eye, generally designated 1 in FIG. 1, for photodynamic therapy consists of a laser 2 which emits light of the desired wavelength, an optical light guide 3, a handle 4 and the irradiation head 5. A laser 2 is preferably a Laser with a wavelength of 690 nm selected. The light emitted by the laser 2 is coupled into the optical fiber 3, passed on there and exits again in the region of the radiation head 5.
Der in Fig. 2 näher dargestellte Kopf 5 der Vorrichtung ist als integrierende Kugel ausgebildet, die aus zwei Halbkugeln 6 besteht, die durch einen Spalt 7 voneinander getrennt sind. In den Spalt 7 ist eine Scheibe 8 vorzugsweise aus transparentem Silicon eingesetzt, die vorzugsweise einen Durchmesser von 2 mm aufweist und 0,27 mm breit ist. Das Silicon enthält vorteilhafterweise als Streumaterial TiO2-Partikeln, deren Korngrösse zweckmässigerweise 200 nm beträgt und die in der Siliconscheibe mit einer Dichte von 4mg/g verteilt sind. Die Grundfläche der beiden Halbkugeln 6, die die Scheibe 8 beidseitig umgeben, weist gleichfalls einen Durchmesser von 2 mm auf. Sie sind vorzugsweise aus BK7-Glas gefertigt. Die äussere Oberfläche der Halbkugeln 6 ist zweckmässigerweise mit einer 200 nm dicken Kupferschicht 9 beschichtet, die eine Reflexion des Lichtes von über 95% bei einer Wellenlänge von 690 nm ermöglicht. Zusätzlich ist vorteilhafterweise auf die Kupferschicht eine dünne Schicht aus Kieselerde aufgebracht, um die Kupferschicht 9 vor mechanischen Einwirkungen und Oxidation zu schützen.The head 5 of the device shown in more detail in FIG. 2 is designed as an integrating ball, which consists of two hemispheres 6, which are separated from one another by a gap 7. In the gap 7, a disc 8 is preferably made of transparent silicone, which preferably has a diameter of 2 mm and is 0.27 mm wide. The silicone advantageously contains TiO 2 particles as the scattering material, the grain size of which is expediently 200 nm and which are distributed in the silicone disk with a density of 4 mg / g. The base of the two hemispheres 6, which surround the disk 8 on both sides, also has a diameter of 2 mm. They are preferably made of BK7 glass. The outer surface of the hemispheres 6 is expediently coated with a 200 nm thick copper layer 9, which enables a reflection of the light of over 95% at a wavelength of 690 nm. In addition, a thin layer of silica is advantageously applied to the copper layer in order to protect the copper layer 9 from mechanical influences and oxidation.
An ihrem Ende 10 ist die Lichtleiterfaser 3 vorzugsweise in einem Winkel von 40° angeschnitten, poliert und mit einer 200 nm dicken Kupferschicht 11 beschichtet, die eine Reflexion des Lichtes von 95% bei einer Wellenlänge des Lichts von 690 nm ermöglicht. Die Halbkugel 6 weist eine Bohrung 12 auf, in die das Ende 10 der Lichtleiterfaser 3 beim Herstellen des Bestrahlungskopfes 5 eingeführt wird. Die Bohrung 12 hat vorzugsweise einen Durchmesser von 0,35 mm und ist gegenüber der Ebene der Scheibe (8) um 0,7 mm versetzt angeordnet. Die optische Faser wird derart in die Bohrung eingesetzt, dass sie gegenüber der Ebene der Scheibe 8 vorzugsweise in einem Winkel von 5° bis 20°, insbesondere 10°, geneigt ist. Zur Fixierung wird die optische Faser 3 in die Bohrung 12 mit einem transparenten, flexiblen Epoxidharz 13 eingeklebt. Als optische Faser 3 wird vorzugsweise eine Multimodenfaser mit einem Kerndurchmesser im Bereich von 200 μ m verwendet, die vorzugsweise einen Brechungsindex von 1 ,51 hat. Da der Brechungsindex des Silicons 1 ,40 und der von BK7-Glas 1 ,52 beträgt, werden somit Verluste durch Brechung weitgehend vermieden. Die Faser 3 ist zweckmässigerweise von einem Mantel 14 aus rostfreiem Stahl mit einem äusseren Durchmesser von 0,7 mm umgeben, dessen Spitze vorteilhafterweise in einem Winkel von 40° angeschnitten ist, da so der Mantel 14 besser mit der Oberfläche der Kugel 6 verklebt werden kann. Der Stahlmantel 14 weist vorzugsweise einen Biegeradius von 11 mm auf und ist mit dem Handgriff 4 verbunden. Von dem Handgriff 4 bis zum Laser 2 ist die optische Faser in einem Aussenschlauch aus PTFE (Teflon) geführt. Die Faser 3 hat vorzugsweise eine numerische Apertur von 0,21 , so dass die Vorrichtung an einen geeigneten Laser angeschlossen werden kann. Geeignet ist hierzu beispielsweise ein Diodenlaser mit einer Leistung von 500 mW.At its end 10, the optical fiber 3 is preferably cut at an angle of 40 °, polished and coated with a 200 nm thick copper layer 11, which enables a reflection of the light of 95% at a wavelength of the light of 690 nm. The hemisphere 6 has a bore 12 into which the end 10 of the optical fiber 3 is inserted during the manufacture of the radiation head 5. The bore 12 preferably has a diameter of 0.35 mm and is offset by 0.7 mm from the plane of the disc (8). The optical fiber is inserted into the bore such that it is preferably inclined at an angle of 5 ° to 20 °, in particular 10 °, with respect to the plane of the disk 8. For fixation, the optical fiber 3 is glued into the bore 12 with a transparent, flexible epoxy resin 13. A multimode fiber with a core diameter in the range of 200 μm is preferably used as the optical fiber 3, which preferably has a refractive index of 1.51. Since the refractive index of silicone is 1.40 and that of BK7 glass is 1.52, losses due to refraction are largely avoided. The fiber 3 is expediently surrounded by a jacket 14 made of stainless steel with an outer diameter of 0.7 mm, the tip of which is advantageously cut at an angle of 40 °, since the jacket 14 can thus be better glued to the surface of the ball 6 . The steel jacket 14 preferably has a bending radius of 11 mm and is connected to the handle 4. From the handle 4 to the laser 2, the optical fiber is guided in an outer tube made of PTFE (Teflon). The fiber 3 preferably has a numerical aperture of 0.21, so that the device can be connected to a suitable laser. A diode laser with an output of 500 mW, for example, is suitable for this.
Zur Erreichung der erwünschten Lichtverteilung wird das Prinzip der integrierenden Kugel angewendet. Bei einer integrierenden Kugel handelt es sich um einen hohle rückstreuende Kugel. Nach Eintritt in die integrierende Kugel wird das Licht mehrfach an der inneren Oberfläche der Kugel reflektiert. Mehrfache Reflexionen werden durch eine hochgradig rückstreuende Beschichtung erreicht, die sich lokal wie ein Lambertstrahler verhält, bei dem die Leuchtdichte von der Beobachtungsrichtung unabhängig ist, d.h. die leuchtende Fläche sieht aus allen Richtungen gleich hell aus. Ein Loch in der Wand der integrierenden Kugel verhält sich nun wie eine ideale Lambertsche Lichtquelle, d.h. die Lichtstärke ist direkt abhängig vom Kosinus des Winkels θ bezogen auf die Flächennormale der Emissionsfläche:The principle of the integrating sphere is used to achieve the desired light distribution. An integrating sphere is a hollow backscattering sphere. After entering the integrating sphere, the light is reflected several times on the inner surface of the sphere. Multiple reflections are achieved by a highly backscattering coating that behaves locally like a Lambertian in which the luminance is independent of the direction of observation, i.e. the luminous surface looks equally bright from all directions. A hole in the wall of the integrating sphere now behaves like an ideal Lambertian light source, i.e. the light intensity is directly dependent on the cosine of the angle θ in relation to the surface normal of the emission surface:
l(ö ) = l0 cos(β ).l (ö) = l 0 cos (β).
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird das Laserlicht durch die optische Faser 3 in das Innere der integrierenden Kugel 6 aus Glas geleitet, in der das Licht mehrfach gestreut wird. Entweichen kann das Licht durch den schmalen äquatorialen Spalt 7. Das Strahlprofil des austretenden Lichtes sollte dem eines idealen Lambertschen Strahlers sehr ähnlich sein. In drei Dimensionen entspricht dies einer torusförmigen Verteilung. Allerdings besteht bei integrierenden Kugeln die rückstreuende Beschichtung normalerweise aus einer recht empfindlichen Schicht wie Bariumsulfat oder Magnesiumoxid, die nur sehr schwer haftet und eine Dicke von 1 mm aufweisen muss, um gute Streueigenschaften aufzuweisen. Daher wurde für die vorliegende Erfindung eine Kupferbeschichtung 9 mit guten Reflexionseigenschaften bei 690 nm verwendet. Aufgrund der Rauhigkeit der Kugeloberfläche ist jedoch das Ausmass der Streuung eingeschränkt.In the device according to the invention, the laser light is guided through the optical fiber 3 into the interior of the integrating ball 6 made of glass, in which the light is scattered several times. The light can escape through the narrow equatorial gap 7. The beam profile of the emerging light should be very similar to that of an ideal Lambertian lamp. In three dimensions, this corresponds to a toroidal distribution. However, with integrating spheres, the backscattering coating normally consists of a very sensitive layer, such as barium sulfate or magnesium oxide, which is very difficult to adhere and must have a thickness of 1 mm in order to have good scattering properties. Therefore, a copper coating 9 with good reflection properties at 690 nm was used for the present invention. Due to the roughness of the spherical surface, the extent of the scatter is limited.
Daher weist der Bestrahlungskopf 5 der Vorrichtung nach der Erfindung ein zusätzliches "Streuvolumen" 8 auf, um das Licht ausreichend zu streuen. Dieses "Streuvolumen" 8 ist in der äquatorialen Spaltebene 7 der Kugel 6 angeordnet, d.h. das Licht verlässt die Kugel 6 nach Passieren dieses "Streuvolumens" 8. Nach mehrfachen Reflexionen an der Refiexionsschicht aus Kupfer 9 und Streuungsprozessen beim Passieren des "Streuvolumens" 8 hat die Lichtstärke des emittierten Lichtes das Profil 15 eines "Lambert"- förmigen Stahlers, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.Therefore, the radiation head 5 of the device according to the invention has an additional "scattering volume" 8 in order to scatter the light sufficiently. This "scattering volume" 8 is arranged in the equatorial splitting plane 7 of the ball 6, i.e. the light leaves the sphere 6 after passing through this "scattering volume" 8. After multiple reflections on the reflection layer made of copper 9 and scattering processes when passing through the "scattering volume" 8, the light intensity of the emitted light has the profile 15 of a "Lambert" -shaped steel, such as this is shown in Fig. 3.
Darüber hinaus hat das äquatoriale Streuvolumen 8 hat auch einen glättenden Effekt auf das Profil der Lichtstärke, so dass sich ein maximales und konstantes Profil in der äquatorialen Ebene der Kugel ergibt.In addition, the equatorial scattering volume 8 also has a smoothing effect on the profile of the luminous intensity, so that there is a maximum and constant profile in the equatorial plane of the sphere.
Zur Vermeidung einer direkten Beleuchtung des Spaltes 7 durch das Faserende 11 und zur Erzielung einer optimierten symmetrischen torusförmigen Lichtverteilung sollte das Faserende 11 senkrecht zur Spaltebene 7 angeordnet werden. In der Praxis würde dies jedoch bedeuten, dass ein sehr kleiner Krümmungsradius der optischen Faser von etwa 2 mm erforderlich wäre, falls der chirurgische Einschnitt in die periphere Zone der Cornea durchgeführt wird. Eine solche Geometrie ist jedoch aufgrund der physikalischen Eigenschaften der verwendeten Lichtleiterfaser nicht realisierbar. Daher wird die Faser 3 nahezu parallel (etwa in einem Winkel von 10°) in die Kugel 6 eingeführt und das Licht wird an der Metallbeschichtung 11 am Faserende 10 reflektiert, so dass der Lichtstrahl nun senkrecht zur Spaltebene 7 ausgerichtet ist. Diese Reflexion wird durch die Beschichtung der polierten Oberfläche des Faserendes 10 erreicht, das gegenüber der Hauptachse der Faser 3 um 40° angeschnitten ist. Um dem Chirurgen die Handhabung der Faseroptik bei einem geeigneten und gängigen Winkel zu ermöglichen, ist die Faser 3 darüber hinaus leicht gekrümmt in dem Stahlmantel 14 angeordnet. Insgesamt lassen sich mit der Vorrichtung nach der Erfindung die folgenden Vorteile erreichen:To avoid a direct illumination of the gap 7 through the fiber end 11 and to achieve an optimized symmetrical toroidal light distribution, the fiber end 11 should be arranged perpendicular to the gap plane 7. In practice, however, this would mean that a very small radius of curvature of the optical fiber of about 2 mm would be required if the surgical incision was made in the peripheral zone of the cornea. However, such a geometry cannot be realized due to the physical properties of the optical fiber used. The fiber 3 is therefore introduced into the ball 6 almost parallel (approximately at an angle of 10 °) and the light is reflected on the metal coating 11 at the fiber end 10, so that the light beam is now aligned perpendicular to the splitting plane 7. This reflection is achieved by coating the polished surface of the fiber end 10, which is cut at 40 ° with respect to the main axis of the fiber 3. In order to enable the surgeon to handle the fiber optics at a suitable and common angle, the fiber 3 is also arranged in the steel jacket 14 in a slightly curved manner. Overall, the following advantages can be achieved with the device according to the invention:
1) Es wird ein Strahlprofil in guter Annäherung an die vorgegebenen geometrischen Bedingungen des Auges erreicht.1) A beam profile is achieved in a good approximation to the specified geometric conditions of the eye.
2) Der Bestrahlungskopf besteht aus wenigen Komponenten. Dies ist wichtig für die Herstellung der Vorrichtung, da es sich um Komponenten mit relativ geringen Abmessungen handelt.2) The radiation head consists of a few components. This is important for the manufacture of the device, since the components are relatively small.
3) Die Formgebung des Bestrahlungskopfes eignet sich ideal zum Einführen und Entfernen aus dem Auge.3) The shape of the radiation head is ideal for insertion and removal from the eye.
4) Es ist relativ einfach, das Strahlprofil des Bestrahlungskopfes während des Herstellungsprozesses zu verändern, z.B. durch Variation der Spaltweite oder der Streueigenschaften durch Veränderung der TiO2-Konzentration.4) It is relatively easy to change the beam profile of the radiation head during the manufacturing process, for example by varying the gap width or the scattering properties by changing the TiO 2 concentration.
Um die Eigenschaften der Vorrichtung nach der Erfindung zu untersuchen, wurden verschiedene Messungen vorgenommen.In order to investigate the properties of the device according to the invention, various measurements were carried out.
a) Strahiungsausbeutea) Radiation yield
Um eine zu grosse Aufheizung im Hinblick auf die kleinen Dimensionen zu vermeiden, sollte die Strahlungsausbeute des Bestrahlungskopfes recht hoch sein. Eine hohe Strahlungsausbeute ermöglicht es auch, entweder die Bestrahlungszeit oder die erforderliche Eingangsleistung des Lasers zu verringern.In order to avoid excessive heating due to the small dimensions, the radiation yield of the radiation head should be quite high. A high radiation yield also makes it possible to reduce either the irradiation time or the required input power of the laser.
Direkte Messungen haben ergeben, dass die typische Strahlungsausbeute des Bestrahlungskopfes etwa 35% beträgt, wobei die Verluste durch die Einkopplung der Laserstrahls in die Faseroptik hierbei ausser Betracht gelassen wurden. Dieser praktisch erreichte Wert ist mit einem theoretisch erreichbaren Wert von 50% zu vergleichen. Um die Aufheizung der Vorrichtung aufgrund der Strahlungsverluste zu quantifizieren, wurde die Vorrichtung in ein mit HYMECEL gefülltes Behältnis gelegt, einem viskosen Fluid, das in der Augenchirurgie als Füllmaterial verwendet wird. Als Vergleichsvolumen wurde das Volumen der Augenkapsel und des Kammerwassers angenommen, zusammen ungefähr 0,5 ml. Bei einer Eingangsleistung von 300 mW wurde eine stabile Temperatur von 37°C nach 2 Minuten erreicht. Bei einer Leistung von 500 mW wurde eine stabile Temperatur von 45°C erreicht. Die Fehlerbreite betrug +/- 2° C.Direct measurements have shown that the typical radiation yield of the radiation head is about 35%, the losses due to the coupling of the laser beam into the fiber optics being disregarded here. This practically achieved value can be compared with a theoretically achievable value of 50%. In order to quantify the heating of the device due to the radiation losses, the device was placed in a container filled with HYMECEL, a viscous fluid that is used as filler material in eye surgery. The volume of the eye capsule and aqueous humor was taken as the comparison volume, a total of approximately 0.5 ml. With an input power of 300 mW, a stable temperature of 37 ° C. was reached after 2 minutes. With a power of 500 mW a stable temperature of 45 ° C was reached. The error width was +/- 2 ° C.
b) Messung des Strahlprofilsb) measurement of the beam profile
Das Profil der Bestrahlungsstärke wurde in einem Abstand von 60 mm von der Mitte des Bestrahlungskopfes gemessen. Der Bestrahlungskopf wurde um zwei Rotationsachsen gedreht, und zwar um die in Fig. 3 veranschaulichten Achsen A und B. Der Detektor hatte eine lichtempfindliche Fläche von ungefähr 2 mm2 und wurde in der Spaltebene angeordnet.The profile of the irradiance was measured at a distance of 60 mm from the center of the irradiation head. The radiation head was rotated about two axes of rotation, namely about axes A and B illustrated in FIG. 3. The detector had a light-sensitive area of approximately 2 mm 2 and was arranged in the slit plane.
Bei der Messung des Strahlprofils durch Drehung der Vorrichtung um die A-Achse im Bereich von 0° bis 360° sollte das Bestrahlungsstärkeprofil konstant sein. Fig. 4 zeigt das gemessene Bestrahlungsstärkeprofil in Abhängigkeit vom Rotationswinkel. Der relative Fehler der Bestrahlungsstärke betrug bei den Messungen typischerweise +/- 11 %, der in erster Linie auf geometrische Ungenauigkeiten im Bestrahlungskopf der Vorrichtung sowie Variationen in der lokalen Konzentration von TiO2 zurückzuführen ist.When measuring the beam profile by rotating the device around the A axis in the range from 0 ° to 360 °, the irradiance profile should be constant. 4 shows the measured irradiance profile as a function of the rotation angle. The relative error of the irradiance was typically +/- 11% in the measurements, which is primarily due to geometrical inaccuracies in the irradiation head of the device and variations in the local concentration of TiO 2 .
Bei der zweiten Messung rotiert der Bestrahlungskopf in einem Winkel von -90° bis +90° um die B-Achse, die sich in einem Winkel von 90° zur A-Achse erstreckt, in die Papierebene hineinführt und eine Tangente an die Kugeloberfläche darstellt. Die Messungen ergaben, dass das Profil in etwa symmetrisch ist mit einem Maximum bei 0° und Minima bei +90° und -90° , wobei die Minima etwas höher als der 0-Wert sind, der aufgrund des cos-Gesetzes bei einer idealen integrierenden Kugel erreicht werden würde. Eine höhere Transmission durch die Kupferbeschichtung als angenommen, kleine Löcher in der Beschichtung und möglicherweise ein zu grosses Streuvolumen können die Werte um +90° und - 90° erklären. Nimmt man an, dass es sich bei der kristallinen Linse um eine Ellipse mit einer ersten Achse von 4 mm und einer zweiten Achse von 10 mm handelt, dass die Lichtstärke umgekehrt proportional zum Abstand von der Mitte des Bestrahlungskopfes abnimmt und der Bestrahlungskopf sich im Zentrum der Ellipse befindet, so kann die Bestrahlungsstärke auf der Oberfläche der Ellipse zwischen +90° und -90° berechnet werden, bezogen auf die B-Achse. Die Bestrahlungsstärke auf der Modell-Oberfläche wird durch Dividieren der gemessenen Bestrahlungsstärke bei Rotation um die B-Achse durch das Quadrat des Abstandes Ellipse-Spalt berechnet. Ausserdem wurde der Winkel des auftreffenden Lichtstrahls durch Einfügen des Kosinus zwischen dem Ellipse-Spalt-Vektor und dem Ellipsen-Vektor berücksichtigt. Idealerweise sollte das Profil der Bestrahlungsstärke zwischen +45° und -45° konstant sein und für höhere Winkel null betragen. Wie allerdings Fig. 5 zeigt, ist die Bestrahlungsstärke für Winkel grösser als +45° und Winkel kleiner als - 45° noch signifikant höher als Null, da aufgrund der geringen Distanz zwischen der Kapsel und dem Bestrahlungskopf die Bestrahlungsstärke im Bereich der Minima in einem grösseren Ausmasse zur Bestrahlung beiträgt.In the second measurement, the radiation head rotates at an angle of -90 ° to + 90 ° around the B axis, which extends at an angle of 90 ° to the A axis, into the paper plane and represents a tangent to the surface of the sphere. The measurements showed that the profile is approximately symmetrical with a maximum at 0 ° and minima at + 90 ° and -90 °, whereby the minima are somewhat higher than the 0 value, which is due to the cos law for an ideal integrating Bullet would be reached. A higher transmission through the copper coating than assumed, small holes in the coating and possibly a too large scattering volume can explain the values by + 90 ° and - 90 °. Assume that the crystalline lens is an ellipse with a first axis of 4 mm and a second axis of 10 mm, that the light intensity decreases inversely proportional to the distance from the center of the radiation head and that the radiation head is in the center of the Ellipse is located, the irradiance on the surface of the ellipse can be calculated between + 90 ° and -90 °, based on the B axis. The irradiance on the model surface is calculated by dividing the measured irradiance when rotating around the B axis by the square of the distance between the ellipse and the gap. In addition, the angle of the incident light beam was taken into account by inserting the cosine between the ellipse gap vector and the ellipse vector. Ideally, the profile of the irradiance should be constant between + 45 ° and -45 ° and zero for higher angles. However, as shown in FIG. 5, the irradiance for angles greater than + 45 ° and angles less than - 45 ° is still significantly higher than zero, because due to the short distance between the capsule and the radiation head, the radiation intensity in the area of the minima is greater Dimension contributes to radiation.
c) Bestrahlungc) radiation
Die Bestrahlung H der äquatorialen Zone der Linse kann gemass folgender Gleichung bestimmt werden:The radiation H of the equatorial zone of the lens can be determined according to the following equation:
H (J/cm2) = Φ LaSer(W) K(cm"2) t(s),H (J / cm 2 ) = Φ L a Ser (W) K (cm "2 ) t (s),
wobei t(s) die Bestrahlungsdauer ist, K eine Konstante und Φ LaSer die Laserstrahlleistung ist, die in die Faseroptik eingespeist wird, wobei Kopplungsverluste von etwa 20% berücksichtigt wurden. K hängt von der Strahlungsausbeute des Bestrahlungskopfes, der optischen Einkopplung des Laserstrahls in die Faser und dem Abstand zwischen der äquatorialen Oberfläche der Modell-Linse und der Vorrichtung ab. Bei 0° auf der B-Achse erhält man typischerweise einen K-Wert von 0,15, ein Wert, der für die gesamte äquatoriale Zone der Linse als konstant angenommen werden kann. Das bedeutet, dass bei einer Eingangsleistung von 300 mW und einer Bestrahlungsdauer von 1 Minute eine Bestrahlungsdosis von 2,7 J/cm2 für das Epithel erreicht wird. Da in der Praxis die Grosse und die Gestalt der Linse variiert und das Strahlprofil in der zu behandelnden Zone nicht konstant ist, ist es schwierig, den relativen Fehler der Bestrahlung genau zu bestimmen.where t (s) is the irradiation time, K is a constant and Φ LaSer is the laser beam power that is fed into the fiber optics, taking into account coupling losses of about 20%. K depends on the radiation yield of the radiation head, the optical coupling of the laser beam into the fiber and the distance between the equatorial surface of the model lens and the device. At 0 ° on the B axis, a K value of 0.15 is typically obtained, a value that can be assumed to be constant for the entire equatorial zone of the lens. This means that with an input power of 300 mW and an irradiation time of 1 minute, an irradiation dose of 2.7 J / cm 2 for the epithelium is achieved. Because in practice the big one and the shape of the lens varies and the beam profile is not constant in the area to be treated, it is difficult to accurately determine the relative error of the radiation.
Die vorliegende Vorrichtung gemass der Erfindung hat keine Wirkung in der Tiefe des Gewebes, da die Bestrahlungsstärke umgekehrt zum Quadrat des Abstandes abnimmt. Dies bedeutet, dass der Bereich hinter der Kapsel in einem viel geringerem Ausmass bestrahlt wird. Die Photozerstörung wird somit durch eine gleichmässige Verteilung der Farbstoff moleküle in den Epithelzellen hervorgerufen.The present device according to the invention has no effect in the depth of the tissue, since the irradiance decreases inversely to the square of the distance. This means that the area behind the capsule is irradiated to a much lesser extent. The photo destruction is thus caused by an even distribution of the dye molecules in the epithelial cells.
Für die Bestrahlungsdosis ist die richtige Zentrierung der Vorrichtung innerhalb der Linsenkapsel entscheidend. Der Lichtring des Bestrahiungskopfes dient dabei als Orientierung für den Chirurgen für die korrekte Positionierung der Vorrichtung. Des weiteren kann eine Halterungsvorrichtung, beispielsweise ein XYZ-Tisch, vorgesehen werden, die den Bestrahlungskopf während der Bestrahlung in der zentrierten Position fixiert.Correct centering of the device within the lens capsule is decisive for the radiation dose. The light ring of the radiation head serves as an orientation for the surgeon for the correct positioning of the device. Furthermore, a holding device, for example an XYZ table, can be provided, which fixes the irradiation head in the centered position during the irradiation.
d) Materialauswahld) Material selection
Alle Materialien, die für die Vorrichtung verwendet werden, sollten so gewählt werden, dass sowohl eine Gasphasensterilisation mit Ethylenoxid als auch eine Autoklavierung bei 135°C in einer Wasserdampfatmosphäre während einer Stunde möglich ist. Darüber hinaus ist es wichtig, dass alle verwendeten Materialien nichttoxisch sind.All materials used for the device should be selected so that both gas phase sterilization with ethylene oxide and autoclaving at 135 ° C in a water vapor atmosphere is possible for one hour. It is also important that all materials used are non-toxic.
Die maximale Kraftbelastung, die auf die Vorrichtung beim Einführen und Entfernen aus der Cornea ausgeübt wird, beträgt 0,1 N. Messungen haben ergeben, dass die Vorrichtung nach der Erfindung auch eine Kraftbelastung von 0,5 N aushält.The maximum force that is exerted on the device during insertion and removal from the cornea is 0.1 N. Measurements have shown that the device according to the invention can also withstand a force of 0.5 N.
Insgesamt kann somit festgestellt werden, dass mit der Vorrichtung nach der Erfindung ein neuer Typus eines Lichtstrahlers geschaffen wurde, der auf dem Prinzip der integrierenden Kugel beruht und ein "torusförmig" ausgebildetes Strahlprofil erzeugt. Ein solches Strahlprofil ermöglicht die spezifische Zerstörung von Epithel-Zellen und vermindert die Gefahr einer möglicherweise gefährlichen Strahlenbelastung von anderen Teilen des Auges, wie die Retina. Das Profil kann in einem gewissen Ausmass durch die Weite des Spaltes und die Konzentration von TiO2-Partikeln variiert werden. Soll ein anderer Wellenlängenbereich verwendet werden, kann die Beschichtung durch ein anderes Material, wie zum Beispiel Silber, ersetzt werden. Eine relativ homogene Bestrahlung bis zu 2,7 J/cm2 kann in einer Minute appliziert werde, ohne dass eine Aufheizung des Gewebes wesentlich über 37° C auftritt. Eine höhere Bestrahlung kann durch eine grössere Laserleistung oder durch Verlängerung der Bestrahlungszeit erreicht werden.Overall, it can thus be established that a new type of light emitter was created with the device according to the invention, which is based on the principle of the integrating sphere and produces a “toroidal” beam profile. Such a beam profile enables the specific destruction of epithelial cells and reduces the risk of potentially dangerous radiation exposure from other parts of the Eye, like the retina. The profile can be varied to a certain extent by the width of the gap and the concentration of TiO 2 particles. If a different wavelength range is to be used, the coating can be replaced by a different material, such as silver. A relatively homogeneous radiation of up to 2.7 J / cm 2 can be applied in one minute without heating the tissue significantly above 37 ° C. Higher radiation can be achieved by increasing the laser power or by increasing the radiation time.
Die Vorrichtung nach der Erfindung wird im Rahmen einer photodynamischen Therapie (PDT) eingesetzt. Bei der PDT werden die Zellen dazu veranlasst, eine gewisse Menge eines nichttoxischen Farbstoffes aufzunehmen. Dann werden sie bei einer relativ geringen Lichtintensität mit der Wellenlänge bestrahlt, bei der die Farbstoffe absorbieren, wodurch metastabile angeregte Zustände erzeugt werden. Aus den angeregten Zuständen wird die Energie auf Sauerstoff übertragen, der sehr reaktiv ist und in das umgebende Gewebe diffundiert. Der angeregte Sauerstoff und andere angeregte Teilchen leiten dann chemische Reaktionen ein, die zur Gewebezerstörung führen. Die Grundidee der Therapie ist zu versuchen, dieses Prinzip für die Zerstörung im wesentlichen aller Epithel-Zellen zu nutzen.The device according to the invention is used in the context of photodynamic therapy (PDT). In PDT, the cells are made to take up a certain amount of a non-toxic dye. Then they are irradiated at a relatively low light intensity with the wavelength at which the dyes absorb, thereby creating metastable excited states. From the excited states, the energy is transferred to oxygen, which is very reactive and diffuses into the surrounding tissue. The excited oxygen and other excited particles then initiate chemical reactions that lead to tissue destruction. The basic idea of the therapy is to try to use this principle for the destruction of essentially all epithelial cells.
Das Verfahren gemass der Erfindung zur Verhinderung einer sekundären Katarakt mittels einer photodynamischen Therapie umfasst vorzugsweise die folgenden Schritte:The method according to the invention for preventing secondary cataract by means of photodynamic therapy preferably comprises the following steps:
1. Ausführung der üblichen Chirurgie zur Behandlung der primären Katarakt bis zum Ende der Zertrümmerung und Absaugung des Linsenmaterials, wie dies in Fig. 6 schematisch angedeutet ist. An diesem Punkt wird das Standardverfahren für die photodynamische Therapie unterbrochen.1. Execution of the usual surgery for the treatment of the primary cataract until the end of the disintegration and suction of the lens material, as indicated schematically in FIG. 6. At this point the standard procedure for photodynamic therapy is interrupted.
2. Ausfüllen der Linsenkapsel mit einem speziell ausgebildeten Gel, welches BDP-MA enthält. Die Ephithelzellen nehmen den Farbstoff während einer kurzen Zeitspanne in der Grössenordnung von einer Minute auf.2. Fill the lens capsule with a specially designed gel that contains BDP-MA. The ephithelial cells absorb the dye for a short period of the order of one minute.
3. Entfernen des Gels durch Absaugen. 4. Einführen des Bestrahlungskopfes gemass der Erfindung zur Bestrahlung der Epithelzellen, wie dies in Fig. 7 veranschaulicht ist. Zur Bestrahlung der Epithelzellen sollte eine Bestrahlungsdauer von ungefähr einer Minute gewählt werden.3. Remove the gel by suction. 4. Introduction of the radiation head according to the invention for the irradiation of the epithelial cells, as illustrated in FIG. 7. For the irradiation of the epithelial cells, a radiation duration of approximately one minute should be selected.
5. Entfernen der Vorrichtung, Einsetzen des lOL-lmplantats und Beenden des üblichen chirurgischen Verfahrens.5. Remove the device, insert the IOL implant, and stop the usual surgical procedure.
Bei den Versuchen mit der Vorrichtung gemass der Erfindung wurde ein Farbstoff wie die Monocarbonsäure des Benzporphyrin Derivates (BPD-MA) eingesetzt, ein Farbstoff der zweiten Generation von phototoxischen Farbstoffen, der z.B. bei einer Wellenlänge von A =690 nm absorbiert (vgl. US-A-4,920,143). Experimente mit in Kulturen angelegten Epithelzellen haben die Anwendbarkeit dieser Methode in vitro gezeigt.In the experiments with the device according to the invention, a dye such as the monocarboxylic acid of the benzporphyrin derivative (BPD-MA) was used, a dye of the second generation of phototoxic dyes which e.g. absorbed at a wavelength of A = 690 nm (see US-A-4,920,143). Experiments with cultivated epithelial cells have shown the applicability of this method in vitro.
Nach der Durchführung des im obigen beschriebenen PDT-Verfahrens sollten die Epithelzellen im wesentlichen zerstört sein und somit eine sekundäre Katarakt verhindert werden. Der Erfolg des PDT Schrittes wird neben anderen Faktoren vor allem davon abhängen, dass der Bestrahlungskopf nach der Erfindung das Licht in den Bereich, in dem die Epithelzellen angeordnet sind, abstrahlt. After performing the PDT procedure described above, the epithelial cells should be essentially destroyed, thus preventing secondary cataracts. The success of the PDT step will depend, among other factors, above all on the fact that the radiation head according to the invention emits the light in the region in which the epithelial cells are arranged.

Claims

Patentansprücheclaims
1. Vorrichtung zum Bestrahlen des Auges für eine photodynamische Therapie mit einer optischen Lichtleiterfaser, in die das Licht eines Lasers eingespeist wird, wobei eine lichtaustretende Endfläche der optischen Faser in einen Bestrahlungskopf einmündet, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestrahlungskopf (5) als integrierende Kugel ausgebildet ist und das Licht zumindest bereichsweise entlang des Umfangs einer äquatorialen Kreisebene der Kugel austritt.1. Device for irradiating the eye for a photodynamic therapy with an optical fiber into which the light of a laser is fed, a light-emitting end surface of the optical fiber opening into an irradiation head, characterized in that the irradiation head (5) is designed as an integrating sphere and the light emerges at least in regions along the circumference of an equatorial circular plane of the sphere.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die integrierende Kugel aus zwei Halbkugeln (6) ausgebildet ist, die durch einen Spalt (7) voneinander getrennt sind.2. Device according to claim 1, characterized in that the integrating ball is formed from two hemispheres (6) which are separated from one another by a gap (7).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die integrierende Kugel ein zusätzliches Streuvolumen aufweist.3. Device according to claim 1, characterized in that the integrating ball has an additional scattering volume.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Streuvoiumen in der äquatorialen Kreisebene angeordnet ist.4. The device according to claim 3, characterized in that the scattering volume is arranged in the equatorial circular plane.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Streuvolumen in dem Spalt (7) zwischen den beiden Halbkugeln (6) angeordet ist.5. The device according to one or more of claims 2 to 4, characterized in that the scattering volume in the gap (7) between the two hemispheres (6) is arranged.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Streuvolumen als kreisförmige Scheibe (8) ausgebildet ist.6. The device according to one or more of claims 2 to 5, characterized in that the scattering volume is designed as a circular disc (8).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Scheibe (8) mit dem Durchmesser der Grundfläche der Halbkugeln (6) übereinstimmt.7. The device according to claim 6, characterized in that the diameter of the disc (8) corresponds to the diameter of the base of the hemispheres (6).
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (8) aus transparentem Silicon mit eingebetteten TiO2-Teilchen als Streumaterial besteht.8. The device according to claim 6 or 7, characterized in that the disc (8) consists of transparent silicone with embedded TiO 2 particles as a scattering material.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Komgrösse der Ti02- Teilchen 200 nm beträgt. 9. The device according to claim 8, characterized in that the grain size of the Ti0 2 particles is 200 nm.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der TiO -Teilchen der Scheibe (8) 4 mg/g beträgt.10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the density of the TiO particles of the disc (8) is 4 mg / g.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (8) eine Dicke von 0,27 mm aufweist.11. The device according to one or more of claims 6 to 10, characterized in that the disc (8) has a thickness of 0.27 mm.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Scheibe (8) 2 mm beträgt.12. The device according to one or more of claims 6 to 11, characterized in that the diameter of the disc (8) is 2 mm.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbkugeln (6) aus BK7-Glas gefertigt sind.13. The device according to one or more of claims 2 to 12, characterized in that the hemispheres (6) are made of BK7 glass.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbkugeln (6) mit einer Beschichtung aus Kupfer (9) versehen sind.14. The device according to one or more of claims 2 to 13, characterized in that the hemispheres (6) are provided with a coating of copper (9).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbkugeln (6) auf ihrer Aussenseite mit einer Beschichtung aus Kupfer (9) versehen sind.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the hemispheres (6) are provided on their outside with a coating of copper (9).
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Kupferschicht (9) 200 nm beträgt.16. The apparatus of claim 14 or 15, characterized in that the thickness of the copper layer (9) is 200 nm.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Kupferschicht (9) eine Schicht aus Kieselerde aufgebracht ist.17. The device according to one or more of claims 14 to 16, characterized in that a layer of silica is applied to the copper layer (9).
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Lichtleiterfaser (3) eine Multimodenfaser ist.18. The device according to one or more of claims 1 to 17, characterized in that the optical fiber (3) is a multimode fiber.
19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndurchmesser der optischen Lichtleiterfaser (3) 200 μ m beträgt. 19. The device according to one or more of claims 1 to 18, characterized in that the core diameter of the optical fiber (3) is 200 microns.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Apertur der optischen Faser (3) 0,21 beträgt.20. The device according to one or more of claims 1 to 19, characterized in that the numerical aperture of the optical fiber (3) is 0.21.
21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Lichtleiterfaser (3) von einem Mantel (14) aus rostfreiem Stahl umgeben ist.21. The device according to one or more of claims 1 to 20, characterized in that the optical fiber (3) is surrounded by a jacket (14) made of stainless steel.
22. Vorrichtung nach einem oder mehrern der Ansprüche 2 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Halbkugeln (6) eine Bohrung (12) von 0,35 mm aufweist.22. The device according to one or more of claims 2 to 21, characterized in that one of the two hemispheres (6) has a bore (12) of 0.35 mm.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (12) gegenüber der Ebene der Scheibe (8) in einem Abstand von etwa 0,7 mm versetzt angeordnet ist.23. The device according to claim 22, characterized in that the bore (12) is offset from the plane of the disc (8) at a distance of about 0.7 mm.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Faser (3) in die Bohrung (12) mit einem transparenten, flexiblen Epoxidharz (13) eingeklebt ist.24. The device according to claim 22 or 23, characterized in that the optical fiber (3) is glued into the bore (12) with a transparent, flexible epoxy resin (13).
25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Faser (3) in einem Winkel von 5-20° gegenüber der Ebene der Scheibe (8) in die Bohrung (12) eingeklebt ist.25. The device according to one or more of claims 22 to 24, characterized in that the optical fiber (3) is glued into the bore (12) at an angle of 5-20 ° with respect to the plane of the disc (8).
26. Vorrichtung nach einem der Anprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Faser (3) an ihrem lichtaussendenden Ende (10) in einem Winkel angeschnitten und poliert ist.26. Device according to one of claims 1 to 24, characterized in that the optical fiber (3) is cut and polished at an angle at its light-emitting end (10).
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Faser (3) an ihrem Ende in einem Winkel von 40° angeschnitten ist.27. The device according to claim 26, characterized in that the optical fiber (3) is cut at its end at an angle of 40 °.
28. Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Faser (3) an ihrem lichtaussendenden Ende (10) mit einer Kupferschicht (11) beschichtet ist. 28. The device according to claim 26 or 27, characterized in that the optical fiber (3) is coated at its light-emitting end (10) with a copper layer (11).
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahlmantel (14) an seiner dem Bestrahlungskopf (5) zugewandten Spitze in einem Winkel von 40° angeschnitten ist und mit der äusseren Oberfläche einer der beiden Halbkugeln (6) verklebt ist.29. Device according to one of claims 20 to 28, characterized in that the steel jacket (14) is cut at an angle of 40 ° on its tip facing the radiation head (5) and glued to the outer surface of one of the two hemispheres (6) is.
30. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge des Laserlichtes 690 nm beträgt.30. The device according to one or more of claims 1 to 29, characterized in that the wavelength of the laser light is 690 nm.
31. Verfahren für eine photodynamischen Therapie zur Verhinderung des Auftretens einer sekundären Katarakt nach einer therapeutischen Behandlung der primären Katarakt, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:31. A method for photodynamic therapy for preventing the occurrence of a secondary cataract after a therapeutic treatment of the primary cataract, characterized by the following method steps:
1. Durchführung einer extrakapsulären Linsenentfernung,1. carrying out an extracapsular lens removal,
2. Ausfüllen der Linsenkapsel mit einer Farbstofflösung, die lichtabsorbierende Moleküle enthält,2. filling the lens capsule with a dye solution which contains light-absorbing molecules,
3. Absaugen der Farbstofflösung,3. sucking off the dye solution,
4. Bestrahlen der Linsenkapsel mit einem torusförmigen Bestrahlungsprofil, wobei das Bestrahlungsprofil derart ausgerichtet wird, dass die äquatorial angeordneten Epithelzellen bestrahlt werden.4. Irradiating the lens capsule with a toroidal radiation profile, the radiation profile being oriented in such a way that the equatorially arranged epithelial cells are irradiated.
33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass als Farbstoff die Monocarbonsäure des Benzporphyrin Derivates (BDP-MA) verwendet wird.33. The method according to claim 32, characterized in that the monocarboxylic acid of the benzporphyrin derivative (BDP-MA) is used as the dye.
34. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass als Farbstofflösung ein Gel verwendet wird.34. The method according to claim 31 or 32, characterized in that a gel is used as the dye solution.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass Licht mit einer Wellenlänge von 690 nm verwendet wird.35. The method according to any one of claims 32 to 34, characterized in that light with a wavelength of 690 nm is used.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsdauer im Bereich von einer Minute liegt. 36. The method according to any one of claims 32 to 35, characterized in that the irradiation time is in the range of one minute.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass nach Entfernen des Bestrahlungskopfes eine intraokulare Linse eingesetzt wird.37. The method according to any one of claims 31 to 36, characterized in that an intraocular lens is used after removal of the radiation head.
38. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 31 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der Bestrahlung der Linsenkapsel eine Vorrichtung mit einem Bestrahlungskopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 30 verwendet wird.38. The method according to one or more of claims 31 to 37, characterized in that a device with an irradiation head according to one or more of claims 1 to 30 is used to carry out the irradiation of the lens capsule.
39. Verwendung der Vorrichtung zum Bestrahlen des Auges für eine photodynamische Therapie nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 30 zur Durchführung eines Verfahrens zur Verhinderung des Auftretens einer sekundären Katarakt nach einer therapeutischen Behandlung der primären Katarakt nach einem oder mehreren der Ansprüche 31 bis 37. 39. Use of the device for irradiating the eye for photodynamic therapy according to one or more of claims 1 to 30 for carrying out a method for preventing the occurrence of a secondary cataract after a therapeutic treatment of the primary cataract according to one or more of claims 31 to 37.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1225465A1 (en) * 2001-01-19 2002-07-24 Optosys SA Optical device
US7070554B2 (en) 2003-01-15 2006-07-04 Theragenics Corporation Brachytherapy devices and methods of using them
WO2007127894A3 (en) * 2006-04-28 2008-07-03 Ondine Int Ltd Photodisinfection delivery devices & methods
DE102011011192A1 (en) * 2011-02-14 2012-08-16 Geuder Ag Device for introducing light into a human or animal eye
US9067059B2 (en) 2008-02-13 2015-06-30 Alois Bissig Light delivery device

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4660925A (en) 1985-04-29 1987-04-28 Laser Therapeutics, Inc. Apparatus for producing a cylindrical pattern of light and method of manufacture
US4920143A (en) 1987-04-23 1990-04-24 University Of British Columbia Hydro-monobenzoporphyrin wavelength-specific cytotoxic agents
EP0411132A1 (en) * 1988-10-05 1991-02-06 S.L.T. Japan Co, Ltd. Heating equipment using laser beam
EP0437181A1 (en) 1990-01-09 1991-07-17 Ciba-Geigy Ag Apparatus for irradiating the bronchia of a patient for a photodynamic therapy
EP0441974A1 (en) * 1989-09-05 1991-08-21 S.L.T. Japan Co, Ltd. Device for irradiating laser beams
WO1995032441A1 (en) * 1994-05-25 1995-11-30 The Government Of The United States Of America, Represented By The Secretary Of The Department Of Health And Human Services Irradiance attachment for an optical fiber to provide a uniform level of illumination across a plane
EP0743029A2 (en) * 1995-04-26 1996-11-20 CeramOptec GmbH Dental cleaning treatment laser device
EP0755697A2 (en) * 1995-07-28 1997-01-29 Yasuo Hashimoto Cancer therapeutic instruments

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4660925A (en) 1985-04-29 1987-04-28 Laser Therapeutics, Inc. Apparatus for producing a cylindrical pattern of light and method of manufacture
US4920143A (en) 1987-04-23 1990-04-24 University Of British Columbia Hydro-monobenzoporphyrin wavelength-specific cytotoxic agents
EP0411132A1 (en) * 1988-10-05 1991-02-06 S.L.T. Japan Co, Ltd. Heating equipment using laser beam
EP0441974A1 (en) * 1989-09-05 1991-08-21 S.L.T. Japan Co, Ltd. Device for irradiating laser beams
EP0437181A1 (en) 1990-01-09 1991-07-17 Ciba-Geigy Ag Apparatus for irradiating the bronchia of a patient for a photodynamic therapy
WO1995032441A1 (en) * 1994-05-25 1995-11-30 The Government Of The United States Of America, Represented By The Secretary Of The Department Of Health And Human Services Irradiance attachment for an optical fiber to provide a uniform level of illumination across a plane
EP0743029A2 (en) * 1995-04-26 1996-11-20 CeramOptec GmbH Dental cleaning treatment laser device
EP0755697A2 (en) * 1995-07-28 1997-01-29 Yasuo Hashimoto Cancer therapeutic instruments

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1225465A1 (en) * 2001-01-19 2002-07-24 Optosys SA Optical device
US7070554B2 (en) 2003-01-15 2006-07-04 Theragenics Corporation Brachytherapy devices and methods of using them
WO2007127894A3 (en) * 2006-04-28 2008-07-03 Ondine Int Ltd Photodisinfection delivery devices & methods
KR101373506B1 (en) 2006-04-28 2014-03-27 온딘 인터내셔널 리미티드. Photodisinfection delivery devices and Methods
US9067059B2 (en) 2008-02-13 2015-06-30 Alois Bissig Light delivery device
DE102011011192A1 (en) * 2011-02-14 2012-08-16 Geuder Ag Device for introducing light into a human or animal eye
DE102011011192B4 (en) * 2011-02-14 2019-06-13 Geuder Aktiengesellschaft Device for introducing light into a human or animal eye

Also Published As

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AU8732598A (en) 1999-02-16

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