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HINTERGRUND
UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein medizinische Katheter für die Aktivierung
von Behandlungsflüssigkeiten
oder Medikamenten an Behandlungsorten innerhalb eines lebenden Körpers. Insbesondere
betrifft die Erfindung Ballonkatheter für die photodynamische Therapie,
die optische Eigenschaften aufweisen, die Lichtenergie bei der Aktivierung
der Behandlungsflüssigkeit
an einer in vivo Behandlungsstelle gleichförmiger auftragen.
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Medikamente
können
lebenden Körpern durch
eine Vielzahl von Ansätzen
verabreicht werden, einschließlich
topischer Verabreichung, intravenöser Verabreichung, Injektion
in Körpergewebe
vermittels Hypodermalnadeln und dergleichen und oraler Verabreichung.
Bei einigen Fällen
ist es wichtig, den Kontakt des Medikamentes mit Bereichen des Körpers zu
minimieren, die verschieden sind von dem für die Behandlung angepeilten
spezifischen Bereich. Beispielsweise verringert ein derartiger Ansatz
die Verdünnungswirkung,
der dadurch entsteht, dass das Medikament in Bereiche des Körpers verteilt
wird, die der Behandlung nicht bedürfen. Die direkte Abgabe an
die Zielstelle minimiert auch die Wahrscheinlichkeit von Nebenwirkungen,
indem die Wirkstoffverabreichung an die genaue Stelle beschränkt wird,
die der Behandlung bedarf. In anderen Fällen ist der zu behandelnde
Bereich nicht ohne einen vollständigen
invasiven chirurgischen Eingriff zugänglich, beispielsweise wenn
es erwünscht
ist, das Innere eines Blutgefäßes oder
eines anderen Gefäßes oder
Kavität
zu behandeln.
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Über die
Jahre sind photodynamische Katheter entwickelt worden, um die Aktivierung
von Behandlungsflüssigkeiten,
Medikationen, Pharmazeutika, Wirkstoffen oder anderen Medikamenten
an lokalisierten Stellen bereitzustellen. Dieses sind photodynamische
Bestandteile und sie werden nicht vollständig aktiviert, bis sie mit
einer vorgeschriebenen Lichtquelle beleuchtet werden, wie allgemein
auf dem Gebiet der photodynamischen Medizin bekannt. Diese Beleuchtung
muss innerhalb des Gefäßes an der
zu behandelnden Stelle erfolgen. Deshalb wurden photodynamische
Katheter vorgeschlagen.
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Eine
Schwierigkeit, auf die man im Zusammenhang mit photodynamischen
Kathetern zur Abgabe der erforderlichen Beleuchtung gestoßen ist,
ist der Mangel an gleichförmigem
Licht, das die Behandlungsflüssigkeiten
bestrahlt und aktiviert. Bei vielen photodynamischen Kathetern wird
Licht durch eine Faseroptik an dem distalen Ende des Katheters bereitgestellt.
Typischerweise wird dieses Licht fokusiert oder ist ein schmaler
oder ausgerichteter Strahl oder Strahlen, was „heiße Stellen" im Blutgefäß oder anderen inneren Organen
verursachen kann. Diese „heißen Stellen" führen typischerweise
zu einer ungleichmäßigen Aktivierung
der Behandlungsflüssigkeit.
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Genauer
können
photodynamische Katheter verwendet werden, um Lichtenergie an der
Behandlungsstelle bereitzustellen, wo die Behandlungsflüssigkeit
infundiert worden ist. Ein wesentlicher Nachteil dieser Art von
Kathetern kann die ungleichmäßige Beleuchtung
der Behandlungsflüssigkeit
sein. Während
der photodynamische Katheter durch den Körper eingeführt und benachbart der Behandlungsstelle positioniert
wird, überträgt und liefert
die Faseroptik einen schmalen Lichtstrahl an der Behandlungsstelle durch
ihre distale Spitze. Da eine Faseroptik eine Hülle um sich herum aufweist,
wird das Licht über ihre
Länge zu
ihrem Spitzenabschnitt geleitet. Während der schmale Lichtstrahl
aus dem Spitzenabschnitt der Faseroptik austritt, ist er konzentrierter und
in Längsrichtung
ausgerichtet. Da das Licht aus der Spitze der Faseroptik austritt
und in Längsrichtung
ausgerichtet ist, wird es nicht effizient in radialer Richtung senkrecht
zur Richtung der Längsachse
der optischen Faser abgestrahlt.
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Da
die Spitze der Faseroptik darüber
hinaus eine lichtabstrahlende Oberfläche aufweist, die in der Längsrichtung
vergleichsweise kurz ist, beleuchtet sie nicht gleichzeitig den
gesamten Oberflächenbereich
der Behandlungsflüssigkeit über die
Länge einer
verlängerten
Behandlungsstelle. Im Ergebnis können
verschiedene Abschnitte der Oberfläche der Behandlungsflüssigkeit über unterschiedlich
lange Zeiten beleuchtet werden, was eine ungleichmäßige Aktivierung
der photodynamischen Behandlungsflüssigkeit oder Medikation verursachen
kann. Ein Ansatz, der verwendet werden könnte, um sich diesem Problem
zuzuwenden, besteht darin, den photodynamischen Katheter in einer
Vorwärts-
und/oder Umkehrrichtung entlang der Länge der Behandlungsstelle mit
einer konstanten Geschwindigkeit zu bewegen, so dass die gesamte
photodynamische Behandlungsflüssigkeit
mit einer gleichen Menge an Lichtenergie und für eine gleiche Zeitspanne beleuchtet
wird, was eine gleichmäßigere Bestrahlung
der gesamten Oberfläche
der Behandlungsflüssigkeit
liefert. Ein derartiges Steuererfordernis wird zu einer zusätzlichen
Variablen, die einen nachteiligen Effekt auf die Verlässlichkeit
des photodynamischen Katheterisierungseingriffes haben kann.
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Ein
Ballonkatheter für
die photodynamische Therapie mit den Merkmalen des ersten Teils
von Anspruch 1 ist aus EP-A-0 311 458 bekannt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der unerwünschte
Aspekt von „heißen Stellen" und ungleichförmiger Beleuchtung
der Behandlungsflüssigkeit
mit Licht im Wesentlichen beseitigt. Stattdessen wird die Beleuchtung
der Behandlungsflüssigkeiten mit
Licht durch die durch die vorliegende Erfindung erreichte Behandlungslänge gleichförmig gemacht. Zusammenfassend
betrifft die vorliegende Erfindung einen Ballonkatheter für die photodynamische
Therapie, wie in den beigefügten
Ansprüchen
definiert.
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Es
ist ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
Ballonkatheter für
die photodynamische Therapie bereitzustellen.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten
Ballonkatheter für die
photodynamische Therapie bereitzustellen, der eine lokalisierte
Behandlung von Geweben im Inneren des Körpers durchführt.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Ballonkatheter
für die
photodynamische Therapie bereitzustellen, der ein gleichförmiges Licht
verwendet, um die Behandlungsflüssigkeiten
zu beleuchten und somit zu aktivieren, die an den Wänden von
Blutgefäßen oder
anderen inneren Organen vorhanden sind.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten
Ballonkatheter für die
photodynamische Therapie bereitzustellen, der optische Prinzipien
verwendet, um eine gleichförmige
Lichtenergie für
Behandlungsflüssigkeiten
an Stellen innerhalb des lebenden Körpers bereitzustellen, die
durch Katheterisierungseingriffe zugänglich sind.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten
Ballonkatheter bereitzustellen, der eine lokalisierte Behandlung
von Geweben innerhalb des Körpers
ausführt,
wie beispielsweise Restenose-Verringerung und die Behandlung von Krebserkrankungen
durch lokalisierte Aktivierung der Behandlungsflüssigkeiten an einer Tumorstelle.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird weiter in der folgenden Beschreibung und unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen veranschaulicht werden, wobei
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1 eine
Aufrissansicht, teilweise weggebrochen, eines bevorzugten Ballonkatheters
für die photodynamische
Therapie gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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2 eine
im Querschnitt gezeigte Detailansicht der ersten Ausführungsform
des Katheters dieser Erfindung ist, die den distalen Abschnitt des
Katheters, der in 1 gezeigt ist, innerhalb eines
Blutgefäßes angeordnet
darstellt;
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3 eine
im Querschnitt gezeigte Detailansicht der zweiten Ausführungsform
des Katheters ist, die nicht gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, welche den distalen Abschnitt des in 1 gezeigten Katheters
innerhalb eines Blutgefäßes angeordnet darstellt;
und
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4 eine
im Querschnitt gezeigte Detailansicht der dritten Ausführungsform
des Katheters dieser Erfindung ist, die den distalen Abschnitt des
in 1 gezeigten Katheters innerhalb eines Blutgefäßes angeordnet
darstellt.
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BESCHREIBUNG
DER BESONDEREN AUSFÜHRUNGSFORM
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Ein
Ballonkatheter für
die photodynamische Therapie, allgemein mit 11 bezeichnet,
ist allgemein in 1 dargestellt. Der dargestellte
Katheter umfasst eine Katheterröhre 12 mit
mehreren Hohlräumen,
einen proximalen Abschnitt, allgemein mit 13 bezeichnet,
und einen distalen Abschnitt, der allgemein mit 14 bezeichnet
wird. Ebenfalls umfasst ist ein Lichtübertragungssystem umfassend
eine Lichtquelle 15.
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Wie
in 2 gezeigt, umfasst der distale Abschnitt 14 eine
Faseroptik 16. Die Faseroptik 16 ist innerhalb
eines inneren röhrenförmigen Elementes 17 angeordnet.
Das innere Element 17 ist im Allgemeinen lichtdurchlässig oder
optisch klar. Es wird aus einem biokompatiblen Monomer hergestellt
werden. Beispiele umfassen Polyamide, Polyurethane, Polyester, Polyolefine
und dergleichen. Spezifische Beispiele umfassen Nylons, Polyethylen
und dergleichen. Geeignete Nylons umfassen Nylon 12, Nylon 11 und
andere Nylon-Homopolymere
und Copolymere mit anderen Bestandteilen. Grilamid (Marke)-Nylons
und Vestamid (Marke)-Nylons sind spezifische Beispiele.
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Das
innere Element 17 ist zylindrisch von einem im Allgemeinen
lichtdurchlässigen
aufblasbaren Ballonelement 18 umgeben. Der Ballon 18 ist
in Flüssigverbindung
mit einem Hohlraum innerhalb der Katheterröhre. Das Ballonelement 18 ist
auch aus einem biokompatiblen Polymer hergestellt und kann typischerweise
aus Polymeren von der Art hergestellt sein, wie sie bei der Herstellung
des inneren Elementes 17 verwendet werden. Eine Fluidinjektoranordnung 19,
wie in 1 gezeigt, mit einer allgemein bekannten Konstruktion
führt Aufblasfluid
durch den Hohlraum in das aufblasbare Ballonelement 18.
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Bei
der Ausführungsform,
die detaillierter in 2 dargestellt ist, ist das Ballonelement 18 in
einem aufgeblasenen Zustand und zum Eingriff in eine Innenwand eines
Gefäßes 27 wie
beispielsweise eines Blutgefäßes oder
dergleichen gezeigt. Die Beschreibung wird hierin unter Bezugnahme
auf Blutgefäße erfolgen;
nichtsdestotrotz wird verstanden werden, dass die Erfindung für die Verwendung
im Zusammenhang mit anderen Gefäßen oder
inneren Körperbestandteilen
anwendbar ist.
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Das
Ballonelement 18 wird mit im Allgemeinen lichtdurchlässigen oder
optisch klarem Fluidmaterial 20 wie beispielsweise Salinelösung oder
Wasser aufgeblasen. Es wird anerkannt werden, dass, wenn der Ballon
wie in 2 dargestellt aufgeblasen ist, eine ringförmige Kammer 21 zwischen
dem inneren röhrenförmigen Element 17 und
dem Ballonelement 18 definiert wird. Wenn das Fluidmaterial
durch den Hohlraum hindurchgeht, tritt es in die ringförmige Kammer 21 ein,
was dazu führt,
dass sich das Ballonelement 18 öffnet und sich bewegt, um mit
der Gefäßwand 27 in
Kontakt zu treten.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung muss, um eine photodynamische Behandlungsflüssigkeit 23 effizienter
zu aktivieren (detaillierter hierin diskutiert), diese gleichmäßiger und
gleichförmiger beleuchtet
werden. Um die photodynamische Behandlungsflüssigkeit 23 gleichförmig und
effizient zu beleuchten, wird das Hüllmateria124 auf der Faseroptik 16 an
ihrem distalen Abschnitt entfernt, wodurch ein Faseroptikkern 26 exponiert
wird. Indem das Hüllmaterial 24 entfernt
wird, wird ein verlängerter
lichtabstrahlender Bereich 28 bereitgestellt. Die Länge des
Bereiches 28 nähert
sich der Arbeitslänge 29 des
Ballonelementes 18 an. Das beleuchtende Licht aus dem verlängerten
lichtabstrahlenden Bereich 28 strahlt bezüglich der
Längsachse
des optischen Faserkerns 26 in senkrechter oder radialer Richtung
ab. Diese senkrechte oder radial Abstrahlung des beleuchtenden Lichtes
liefert ein zylindrisches Beleuchtungsmuster, das sich über den
Arbeitsbereich 29 des Ballons und den gesamten Oberflächenbereich
des Behandlungsfluids 23 erstreckt, einschließlich seiner
gesamten Erstreckung in Längsrichtung.
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Darüber hinaus
kann sich, um einen noch gleichförmiger
erhellten Bereich zu erreichen, der Faseroptikkern 26 verjüngen, so
dass er eine verringerte Stärke
in der distalen Richtung aufweist. Alternativ könnte sich eine jegliche Hülle, die
in dem verlängerten
Bereich 28 verbleibt, in der gleichen Richtung verjüngen. Eine
Gradientenvemngerung hinsichtlich der Stärke des Faseroptikbestandteils
liefert das Licht, das entlang der Länge des verlängerten
lichtabstrahlenden Bereiches 28 abgestrahlt wird, um mit
einem größeren Maß an Gleichförmigkeit
zu beleuchten. Die Intensität
der in dem Faseroptikkern 26 vorhandenen Lichtenergie verringert
sich in distaler Richtung infolge der größeren Strecke in Längsrichtung, durch
die das Licht an den distaleren Abschnitten der Faseroptik hindurchgehen
muss. Durch den Verjüngungseffelct
und die Verringerung der Stärke
in distaler Richtung weisen die distaleren Abschnitte eine kürzere radiale
Strecke auf, durch den es hindurchgehen muss. Somit werden die längeren Strecken
in Längsrichtung
mit den kürzeren
radialen Strecken kombiniert und umgekehrt, um einen Gesamtlichtweg
(längs
plus radial) zu erreichen, der über
den lichtabstrahlenden Bereich in etwa gleich ist, was erlaubt,
dass die vom Kern 26 abgestrahlte Lichtenergie gleichförmiger ist.
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Wenn
sie vorhanden ist, kann die Verjüngung
des Faseroptikbestandteiles durch chemisches Ätzen oder physikalische Abrasion
bedingt werden. Es wird weiter verstanden, dass die physikalische Abrasion
erreicht werden kann durch Verwendung einer körnigen Oberfläche wie
beispielsweise eines Sandpapiers, um die Oberfläche des Faseroptikbestandteiles
in Längsrichtung
abzureiben, unabhängig davon,
ob dies in einem sich distal verjüngenden oder einem rechts-zylindrischen
Muster erfolgt.
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Um
gemäß der Erfindung
ein größeres Ausmaß an Lichtbestrahlungsgleichförmigkeit
zu erreichen, wird hochreflektierendes Material oder Partikel mit
dem inneren Element 17 und /oder Ballonelement 18 gemischt.
Wenn das Licht auf das hochreflektierende Material trifft, wird
es in verschiedene Richtungen reflektiert und produziert ein gleichförmiges Glühen. Dieses
Hinzufügen
der hochreflektierenden Materialien zu den oben erwähnten Elementen
führt zu einer
Streuung und Dispersion des Lichtes, wodurch der zylindrische verlängerte lichtabstrahlende
Bereich 28 und die an der Behandlungsstelle infundierte Behandlungsflüssigkeit
gleichförmig
erleuchtet werden.
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In
der ersten Ausführungsform
liegt, wie in 2 dargestellt, das reflektierende
Material 25a in der Form von Partikel vor, die mit dem
inneren röhrenförmigen Element 17 so
gemischt sind, dass Licht, das durch das innere röhrenförmige Element
hindurchgeht, durch die reflektierenden Partikel 25a reflektiert
werden wird. Diese Partikel werden beispielsweise bei der Extrusion
des inneren Elementes 17 in das Polymer eingetragen. Geeignete
reflektierende Materialien umfassen Titandioxid (TiO2)
und Silber, wobei Titandioxid bevorzugt ist. Die Anwesenheit des reflektierenden
Materials bedingt, dass das aus der Faseroptik abgestrahlte Licht
reflektiert und entlang wenigstens der gesamten Länge des
lichtabstrahlenden Bereiches 28 dispergiert wird, wodurch
ein gleichförmiger
zylindrisch geformter Bestrahlungsring ausgebildet wird, der die
Lichtenergie gleichförmig
entlang der Länge
des Gefäßes oder
dergleichen abgibt, an dem photodynamische Behandlungsflüssigkeit
angeordnet ist. Das gleichförmige
Licht weist den erwünschenswerten
Effekt auf, dass „heiße Stellen" von Lichtenergie
und eine ungleichmäßige Aktivierung
der Behandlungsflüssigkeit
vermieden wird.
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Eine
Ausführungsform,
die nicht gemäß der vorliegenden
Erfindung und in 3 dargestellt ist, macht die
Anwesenheit des reflektierenden Materials 25b in dem Fluidmaterial 20 erforderlich.
Das reflektierende Material 25b liegt in der Form von Partikeln vor,
die innerhalb des Fluidmaterials 20 suspendiert sind, was
zur Reflexion des Lichtes, das aus der Faseroptik 16 abgestrahlt
wird, weg von den Partikeln führt.
Es wird festgestellt werden, dass das solchermaßen reflektierende, innerhalb
der ringförmigen Kammer 21 eingefüllte Fluid
den lichtabstrahlenden Bereich vollständig umgibt und eine Tiefe
von reflektierenden Partikeln in dem Fluid bereitstellt, durch die das
Licht entlang seines Weges zum Ballon 18 und somit zur
Gefäßwand hindurchgehen
muss. Die Reflexion weg von den Partikeln und die sich ergebende Lichtdispersion
liefert ein gleichförmiges
Licht mit den zuvor erwähnten
wünschenswerten
Wirkungen, dass nämlich
eine ungleichmäßige Aktivierung
der Behandlungsflüssigkeit
beseitigt wird, die sich im Allgemeinen entlang der äußeren Oberfläche des
Ballonelementes 18 befindet.
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Die
dritte Ausführungsform,
dargestellt in 4, ist die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und ist im Allgemeinen ähnlich zu der
von 2. Bei dieser Ausführungsform ist das reflektierende
Material 25c von der Art hochreflektierender Partikel,
die in das Polymer eingetragen sind, aus dem das Ballonelement 18 hergestellt
ist. Es wird anerkannt werden, dass das Eintragen während der Extrusion
des Vorformlings erreicht wird, aus dem das Ballonelement 18 nachfolgend
hergestellt wird. Die Anwesenheit des reflektierenden Materials
liefert eine Reflexions- und Lichtbrechungswirkung. Das innere röhrenförmige Element 17 und
das Fluidmaterial 20 sind in dieser Ausführungsform
lichtdurchlässig, um
die Lichtübertragung
von der Faseroptik 16 zu erlauben. Wenn das Licht das Ballonelement 18 trifft, integrieren
die reflektierenden Partikel 25c das Licht entlang wenigstens
der Behandlungslänge
und übertragen
einen Teil der Lichtenergie auf die zu behandelnde Gefäßwand. Dies
erlaubt, dass das Licht gleichförmiger
und gleichmäßiger verwendet
wird, während
es durch die Ballonwand übertragen
wird, was eine gleichmäßige Verteilung
von Lichtenergie erzeugt, um das Behandlungsfluid 23 (photodynamische
Substanz) zu aktivieren, das bereits infundiert oder anderweitig
an der Gefäßwand, insbesondere an
dem erkrankten Bereich 22 dispergiert ist.
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Wenn
die reflektierenden Partikel in das Polymer eingetragen werden,
aus dem das innere röhrenförmige Element
und/oder das Ballonelement hergestellt ist, kann die Menge an Beladung
zwischen etwa 5 und 40 Gew.-% reflektierendes Material bezogen auf
das Gesamtgewicht des Polymers betragen. Es ist bevorzugt, dass
dieses Verhältnis
im Bereich von etwa 10 bis etwa 40 Gew.-% ist, am bevorzugtesten
zwischen etwa 25 und etwa 35 Gew.-% des Gesamtgewichts des Polymers. Ein
alternativer Ansatz zum Vermischen des Ballonelementes 18 oder
des inneren Elementes 17 mit den reflektierenden Partikeln
umfasst Coextrusion oder anderweitiges Anordnen einer Schicht aus
hochreflektierendem Material oder Partikeln zwischen zwei Polymerschichten.
Man hat festgestellt, dass eine Lichtbeleuchtungsgleichförmigkeit
von 90% erreicht werden kann, wenn das Ballonelement 18 mit
dem hochreflektierenden Material 18 gemischt wird.
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Genauer
Bezug nehmend auf die erreichte Lichtdissipation, insbesondere in
der dritten Aüsführungsform,
wird das Licht integriert, bevor es aus dem Ballonelement 18 in
die Gefäßwand abgestrahlt wird.
Indem das Ballonmaterial semi-reflektierend und semi-transparent gemacht
wird, kann man ein mehr an Gleichförmigkeit entlang der zylindrischen Oberfläche des
Ballons erreichen, wodurch die Abgabe von Licht an das Behandlungsfluid 23 optimiert wird,
das in der zu behandelnden Gefäßwand absorbiert
worden ist.
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In
der vorliegenden Erfindung kann das reflektierende Material in eines
oder mehrere von den folgenden Elementen eingebracht sein, nämlich das innere
Element 17 oder das Ballonelement 18 in einer
jeglichen Kombination. Indem das reflektierende Material in diesen
unterschiedlichen Kombinationen hinzugegeben wird, ist es möglich, die
reflektierende Eigenschaft und Gleichförmigkeit der Beleuchtung mit
Licht so maßzuschneidern,
dass sie einem speziellen Bedarf oder einem Kriterium für die Aktivierung von
irgendeinem von verschiedenen photodynamischen Medikamenten oder
dergleichen genügt.
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Es
wird verstanden werden, dass die beschriebenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung einige Anwendungen der Prinzipien der vorliegenden
Erfindung veranschaulichen. Verschiedene Modifikationen können von
den Fachleuten auf dem Gebiet vorgenommen werden, ohne vom Umfang
der Erfindung, wie er in den Ansprüche definiert ist, abzuweichen.