DE4129192A1 - Bestrahlungsvorrichtung fuer medizinische, insbesondere therapeutische anwendungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Anwendung der elektromagnetischen Strahlung des sichtbaren und kurzwelligen Infrarotbereichs (IR-A) in der Medizin zum Zwecke der Wärmeeinwirkung auf das menschliche Gewebe in der Therapie und operativen Behandlung (IR-Hyperther­ mie, vgl. M. Heckel "Ganzkörper-Hyperthermie und Fiebertherapie" Hippokrates Verlag Stuttgart 1990, Kap. 3.8.1, Seiten 40-43).

Die klinische Erfahrung lehrte schon früh, daß diskrete Frequenzen in diesem IR-A-Bereich bevorzugt von Wasser absorbiert werden und dadurch bei Bestrahlung insbesondere an der Haut zu schmerzhaften Überhitzungen führen. Es lag nahe, diese Frequenzen durch eine wassergefüllte Küvette herauszufiltern. Dies führt jedoch zu erheb­ lichen mechanisch-technologischen Problemen: die so in der optimal 4 mm dicken Wasserschicht in der Küvette absorbierte Strahlungs­ energie muß abgeführt werden. Die Entwicklung von Bestrahlungs­ vorrichtungen ging über Jahre verschiedene Wege; eine mobile, trans­ portable Vorrichtung neuester Ausführung mit einer Halogenlampe als Lichtquelle (mittlere Leistungsaufnahme 450 MBit) ist in der EP 03 11 898 beschrieben.

Die Erfindung geht von einer solchen Bestrahlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aus und stellt sich die Aufgabe, die Anordnung weiter zu verbessern mit den Zielen, die not­ wendige Kühlleistung und damit Abmessungen und Gewicht der Vorrich­ tung zu verringern und/oder den Einsatz stärkerer Lichtquellen ohne Überlastung der Küvette zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird zwischen der direkten, auf das Objekt gerichte­ ten und der entgegengesetzt gerichteten, wie üblich von einem kalot­ tenförmigen Hohlspiegel gespiegelten Strahlung unterschieden. Wenn die letztere die Küvette durchsetzt, ist sie bereits weitgehend von den die Küvette belastenden Strahlungsanteilen befreit.

Im folgenden werden die opto-physikalischen Grundlagen und einige mögliche Ausführungsformen der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigen in Diagrammen in Abhängigkeit von der Wellenlänge:

Fig. 1 die relative Energieverteilung der IR-Strahlung einer Halogenlampe vor und nach dem Passieren der Küvette,

Fig. 2 die relative Energieverteilung vor und nach der Spie­ gelung an einem selektiv teildurchlässigen Spiegel; in schematischen Längsschnitten in

Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau einer Bestrahlungsvorrichtung mit Küvette, Spiegel und Luftkühlung,

Fig. 4 eine abgewandelte Anordnung des Spiegels,

Fig. 5 bis 7 Bestrahlungsvorrichtungen nach Fig. 3 oder 4 mit Bündelung der Strahlung auf ein Lichtleitersystem.

In Fig. 1 zeigt der Linienzug H die relative Energieverteilung ei­ ner Halogenlampe als Funktion der Wellenlänge ihrer Strahlung. Die nur zum Teil schraffierte Fläche E_H unter dem Linienzug ist ein Maß für die abgestrahlte Energie. - Der gestrichelt ein­ gezeichnete Linienzug K zeigt die Energieverteilung der Strah­ lung nach Passieren der Küvette (Fig. 3), und die mit E_K bezeich­ nete Fläche unter ihm ist ein Maß für die in der Strahlung ver­ bliebene Energie; die zwischen den Linienzügen liegende Fläche E_H minus E_K wurde in der Küvette absorbiert und muß aus dieser abgeführt werden.

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt die prinzipielle Anordnung einer be­ kannten Bestrahlungsvorrichtung, bestehend aus einer Lichtquelle 1 in einem Hohlspiegel 2, einer Küvette 3 und einem Gebläse 4 in einem Gehäuse 5.

Die Küvette 3 ist im Detail gezeichnet. In eine ringförmige Fas­ sung 3.1 mit kranzförmigen Kühlrippen 3.1.1 sind zwei beabstan­ dete transparente Scheiben 3.2 eingesetzt, zwischen denen sich ein filterndes Medium 3.3 befindet. Die in diesem absorbierte Ener­ gie (Fig. 1) wird über die Kühlrippen 3.1.1 am Fassungsrand abge­ führt.

Hierzu dient das Gebläse 4, das Außenluft durch das Gitter 5.1 an­ saugt und auf den mit Pfeilen F₁ und F₂ gekennzeichneten Wegen durch das Gehäuse 5 drückt. Der Hauptstrom F₁ kühlt Spiegel 2 und, an den Kühlrippen 3.1.1 entlangstreichend, die Küvette 3. Die so erwärmte Luft wird durch einen Umlenkring 5.2 an der Gehäuseöff­ nung vom bestrahlten Objekt ferngehalten.

Fakultativ kann der von einem ringförmigen Leitkörper 5.3 abgezweig­ te Teilluftstrom F₂ über eine schwenkbare Düse 6 auf das Objekt gerichtet werden und dessen bestrahlte Oberfläche kühlen.

Bei der von der Lichtquelle 1 ausgehenden Strahlung wird unter­ schieden zwischen der objektgerichteten Direktstrahlung (Pfeil D) und dem entgegengesetzt gerichteten, in dem Hohlspiegel 2 ge­ spiegelten Strahlungsanteil (Pfeil R).

Erfindungsgemäß ist dieser Spiegel selektiv strahlungsdurchläs­ sig vermöge seiner die Durchlässigkeit bestimmenden Beschichtung 2.1. Diese ist nach bekannten Bedampfungsverfahren herstellbar. Die zur Küvette 3 gespiegelte Strahlung R enthält nicht mehr die durchgelassenen Strahlungsanteile (Pfeil R). Dies ist gleichbe­ deutend mit einer Vorselektierung des gespiegelten Strahlungsan­ teils, gleichbedeutend mit einer entsprechenden Entlastung der Küvette 3.

Analog zu Fig. 1 zeigt Fig. 2 im Verhältnis zur Gesamtstrahlung H das Spektrum SB der vorteilhaft gerade im Infrarotbereich IR-B stark gefilterten gespiegelten Strahlung, deren Energieinhalt mit E_SB bezeichnet ist.

Fig. 4 zeigt eine vorteilhafte Abwandlung des Aufbaus nach Fig. 3. Ihr liegt der Gedanke zugrunde, den Strahlengang insgesamt vor Pas­ sieren der Küvette 3 durch einen Planspiegel 7A oder einen sphä­ rischen Spiegel 7B zu falten, so daß sowohl die Direktstrahlung D als auch die an einem üblichen Metallspiegel 2A voll reflektierte Strahlung P bei gemeinsamer Brechung an dem selektiv durchlässigen Spiegel 7A oder 7B gefiltert werden und so die Küvette 3 optimal entlastet wird. - Der halbdurchlässige Planspiegel 7A ist zudem preiswert herzustellen und besonders einfach auszutauschen.

Die Erfindung ist auch anwendbar bei Bestrahlungsvorrichtungen, in denen die Strahlung fokussiert wird (Fig. 5 und 6), z. B. auf ein Lichtleitersystem 8 oder auch auf das Objekt selbst. Zwischen der Lichtquelle 1, die hier im Zentrum des Hohlspiegels angeordnet ist, und der Küvette 3 befindet sich ein Kondensor 9. Im übrigen ent­ spricht die Anordnung nach Fig. 5 in ihrer energetischen Wirkungswei­ se derjenigen nach Fig. 3 (Filterung des gespiegelten Strahlungsan­ teils in einem halbdurchlässigen sphärischen Lampenspiegel 2) und die Anordnung nach Fig. 6 (Faltung und Filterung der Gesamtstrahlung an einem halbdurchlässigen Planspiegel 7A) derjenigen nach Fig. 4.

Fig. 7 ist eine vereinfachte Darstellung gemäß Fig. 3 und zeigt eine bekannte Anordnung zur Fokussierung, die mit zwei Hohl­ spiegeln arbeitet. Die objektgerichtete Strahlung wird durch ei­ nen kleinen Hohlspiegel 10 in sich zurück- und mit der übrigen Strahlung auf den halbdurchlässigen Hohlspiegel 2 geworfen und analog zu Fig. 5 in totovorselektioniert. Lampe 1 und Hohlspiegel 10 sitzen auf einem beweglichen Träger 11, der durch eine Ver­ schiebung die Verlegung des Brennpunktes f der fokussierten Strah­ lung in die gewünschte Ebene ermöglicht.

Man erkennt aus den Beispielen, daß die Erfindung überall dort eingesetzt werden kann, wo es darauf ankommt, frequenzselektiv einen Teil einer Strahlung frei zu setzen, statt ihn in einem Flüssig- oder Feststoffilter zu absorbieren.

Claims (5)

1. Bestrahlungsvorrichtung mit einer in einem Gehäuse (5) angeord­ neten Infrarot-Strahlungsquelle (1) mit einem Hohlspiegel (2; 2A) und einer im Strahlengang in Wirkrichtung angeordneten, das Strah­ lungsspektrum selektiv filternden Küvette (3), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der gespiegelte Anteil der Strahlung (R) über einen für die in der Küvette gefilterte Strah­ lung selektiv halbdurchlässigen Spiegel (2; 7) auf die Küvette ge­ spiegelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlspiegel (2) der Strahlungs­ quelle (1) selektiv halbdurchlässig ist (Fig. 3, 5, 7).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Strahlungsquelle (1) aus­ gehende Gesamtstrahlung durch einen selektiv halbdurchlässigen Planspiegel (7A) gefaltet ist (Fig. 4, 6).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (1) im Zentrum ihres kalottenförmigen Hohlspiegels (2; 2A) angeordnet ist (Fig. 5-7).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung durch einen zwischen Strahlungsquelle (1) und Küvette (3) angeordneten Kondensor (9) fokussiert ist (Fig. 5, 6).