RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (21) Numer zgłoszenia: 314476 (22) Data zgłoszenia: 27.05.1996 (19) PL (11) 180445 (13) B1 (51) IntCl7 H01S 3/23 H01S 3/10 A61N 5/06 A61B 18/20 (54) Głowica gazowego lasera medycznego (43) Zgłoszenie ogłoszono: 08.12.1997 BUP 25/97 (73) Uprawniony z patentu: Pokora Ludwik, Pruszków, PL (72) Twórcy wynalazku: Ludwik Pokora, Pruszków, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 28.02.2001 WUP 02/01 (74) Pełnomocnik: Bieniak Wiesław, Biuro Patentowe, BIPAT (57) PL 180445 B1 Fig. 1
Głowica gazowego lasera medycznego Zastrzeżenie patentowe Głowica gazowego lasera medycznego, o koncentrycznej strukturze, zawierająca na wyjściu układ optyczny z soczewką skupiającą, z którym połączony jest przewód światłowodowy, znamienna tym, że koncentrycznie usytuowane są pojedyncze głowice laserowe (5), które są równoległe względem siebie i korzystnie sąsiadujące ze sobą głowice znajdują się w jednakowej odległości od siebie, zaś usytuowany w osi głowicy układ optyczny (6), obok soczewki skupiającej (7), ma układ wprowadzający (10) strumień promieni laserowych, z którym połączony jest elastyczny światłowód cieczowy (11). * * * Przedmiotem wynalazku jest głowica gazowego lasera medycznego, przeznaczonego do realizacji metody PDT, mającej zastosowanie w zwalczaniu nowotworów. Metoda fotodynamiczna, w skrócie PDT, oparta jest na następującej zasadzie. Najpierw wprowadza się do organizmu pacjenta specjalny preparat - fotouczulacz, tzw. sensybilizator. Powoduje on uczulenie tkanki biologicznej na światło o określonej długości fali. Preparat wydalany jest przez zdrowe komórki i gromadzi się głównie w komórkach nowotworowych. Po upływie 12-24 godzin, zależnie od rodzaju sensybilizatora, w guzie nowotworowym znajduje się wielokrotnie więcej uczulacza niż w zdrowej tkance. Następnie dokonuje się diagnostyki zmian nowotworowych, polegającej na wzbudzeniu sensybilizatora światłem laserowym, wywołującego świecenie fluorescencyjne w zakresie widzialnym. Przykładowo, naświetlanie sensybilizatora hematoporfirynowego (HpD) promieniowaniem o długości fali 405 nm wywołuje fluorescencję o barwie czerwonej, łatwo widoczną nieuzbrojonym okiem. W trzecim etapie, w terapii chorób nowotworowych wykorzystuje się fakt, że światło laserowe o określonej barwie (dla HpD jest to 632 nm) wywołuje rozpad cząsteczek tlenu na formę atomową. Tlen atomowy jest bardzo reaktywny i cytotoksyczny. Jego obecność w obszarze zajętym przez komórki nowotworowe powoduje ich niszczenie, nie uszkadzając jednocześnie komórek zdrowych. W związku z tym, że dla znanych obecnie fotouczulaczy stosuje się promieniowanie laserowe od 630 do 690 nm, które wnika w tkankę na głębokość do kilku centymetrów, opisana metoda PDT jest najskuteczniejsza w walce z guzami nowotworowymi o takich właśnie wymiarach. Jest ona również bardzo skutecznym uzupełnieniem leczenia chirurgicznego nowotworów oraz może służyć do niszczenia czynników zakaźnych np. zarodźców malarii lub wirusów HIV w krwiobiegu. W znanych urządzeniach laserowych, wykorzystywanych w opisanej metodzie PDT, jako źródło promieniowania laserowego stosowane są często głowice gazowe, mających postać rury, najczęściej szklanej, wypełnionej gazem, na końcach której znajdują się zwierciadła rezonatora optycznego. Moc promieniowania światła laserowego ma decydujący wpływ na czas trwania terapii, z czym wiąże się bezpośrednio koszt leczenia. Im wyższa moc lasera, tym możliwy jest krótszy czas terapii i niższe koszty leczenia. Moc lasera gazowego zależy z jednej strony od długości emitowanej fali, zaś z drugiej - od ilości materiału laserującego, czyli w tym przypadku od objętości gazu wypełniającego głowicę. Z zamieszczonego powyżej opisu metody PDT widać, że długość fali światła laserowego musi odpowiadać określonemu sensybilizatorowi. Z tego względu możliwości zmiany długości fali w celu zwiększenia mocy lasera są nadzwyczaj ograniczone. Dla zwiększenia mocy lasera pozostaje więc zmiana objętości gazu wypełniającego głowicę. Jednakże, zwiększanie średnicy głowicy laserowej jest przyczyną z kolei zmniejszania wydajności lasera, z uwagi na zwiększający się wówczas wpływ zjawiska rekombinacji cząstek. Dlatego zazwyczaj stosowanym sposobem zwiększania mocy lasera jest wydłużanie głowicy. I tak głowica o długości ok. 1 m umożliwia uzyskanie mocy promieniowania do ok. 30 mw, natomiast z głowicy o długości ok. 1,5 m można uzyskać moc do ok. 40 mw. Przy czym, wydłużanie
180 445 3 głowicy pociąga za sobą wzrost kosztów jej wytwarzania, ponieważ rosną wówczas trudności technologiczne, związane z wymaganą dokładnością wykonania układu rezonatora optycznego, gdyż jak wiadomo, niezbędna dokładność ustalenia umieszczonych na obu końcach głowicy zwierciadeł, jest bardzo wysoka. Z polskiego opisu patentowego nr 139 809 znana jest głowica lasera gazowego o koncentrycznej strukturze rozmieszczenia elektrod. Wewnątrz obudowy głowicy usytuowana jest centralnie wewnętrzna elektroda oraz otaczająca ją elektroda zewnętrzna. W przestrzeni pomiędzy elektrodami usytuowane są w równych odstępach elementy izolacyjne. Przestrzenie pomiędzy elektrodami i sąsiadującymi elementami izolacyjnymi tworzą wnęki, w których następują wyładowania o kierunku poprzecznym. Przestrzeń pomiędzy elektrodą zewnętrzną i obudową stanowi płaszcz wodny, odprowadzający ciepło od elektrody zewnętrznej. Gazem roboczym jest dwutlenek węgla (CO2), a uzyskiwane promieniowanie ma długość fali 10600 nm. Konstrukcja głowicy ma umożliwiać otrzymywanie mocy wyjściowej około 40 W. Opisana głowica, zawierająca w obudowie koncentryczną strukturę elektrod, charakteryzuje się zwiększonymi wymiarami, także ze względu na konieczność zmieszczenia w obudowie znacznie większej ilości gazu laserującego niż w głowicy z pojedynczym zestawem elektrod. Otrzymana wiązka strumieni promieniowania laserowego jest skupiana za pomocą soczewki i w efekcie pozostaje nadal wiązką, jednakże o mniejszym wymiarze zewnętrznym. Zarówno długość fali promieniowania laserowego, jak i moc, uzyskiwane ewentualnie (nic nie wiadomo o tym, czy taki laser został zrealizowany) z głowicy według patentu 139 809, wielokrotnie przekraczają odpowiednie parametry wymagane dla metody PDT. W opisie patentowym EP 0435506 ujawniony jest sposób wprowadzania promieniowania lasera roboczego, typowego światła podczerwonego oraz widzialnego pilotującego do jednego wspólnego światłowodu chirurgicznego, cienkiego 0,2 mm. W przypadku znanych głowic laserowych zbudowanych z półprzewodnikowych diod laserowych, ograniczenie dla zwiększenia mocy diody stanowi trudność w odprowadzeniu ciepła wytwarzanego w procesie pracy. Istota głowicy gazowego lasera medycznego, o koncentrycznej strukturze, zawierającej na wyjściu układ optyczny z soczewką skupiającą, z którym połączony jest przewód światłowodowy, polega na tym, że koncentrycznie usytuowane są pojedyncze głowice laserowe, które są równoległe względem siebie i korzystnie sąsiadujące ze sobą głowice znajdują się w jednakowej odległości od siebie, zaś usytuowany w osi głowicy układ optyczny, obok soczewki skupiającej, ma układ wprowadzający strumień promieni laserowych, z którym połączony jest elastyczny światłowód cieczowy. Przedstawione rozwiązanie budowy głowicy laserowej ma, jak widać, zupełnie inną koncepcję powiększania mocy lasera, nie nastręczającej zbyt dużych problemów realizacyjnych. Otrzymywana z głowicy wiązka światła laserowego ma znaczną moc, jest jednakże, pomimo skupienia, wiązką szerszą od otrzymywanej z typowej głowicy. Ponadto, jest wiązką wielopunktową, której oddziaływanie na tkankę byłoby wielopunktowe, a więc niekorzystne. Praktyczne wykorzystanie takiej wiązki umożliwia światłowód cieczowy, który ze względu na większą średnicę pozwala poprowadzić wiązkę szerszą, czyli wiązkę o wyższej mocy. Światłowód cieczowy ujednoradnia wiązkę, tak że na wyjściu otrzymuje się plamkę światła, a nie poszczególne punkty. Inną zaletą światłowodu cieczowego jest jego elastyczność, umożliwiająca jego wprowadzenie do wnętrza organizmu. Wynalazek został pokazany, w przykładzie realizacji, na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny widok z boku urządzenia, a fig. 2 - przekrój poprzeczny. Urządzenie, zgodnie z wynalazkiem, składa się z podstawy 1, do której przymocowane są płyty wsporcze 2 i 3 oraz zespół zasilaczy 4. W płytach wsporczych 2 i 3 usytuowany jest zestaw siedmiu pojedynczych głowic laserowych 5. Z drugiej strony płyty wsporczej 3 znajduje się układ optyczny 6, przeniesienia promieni laserowych. Układ optyczny zawiera soczewkę skupiającą 7, zamocowaną do płyty 3 za pomocą elementów złącznych 8 oraz układ wprowadzający 10, z którym połączony jest elastyczny światłowód cieczowy 11. Skupiona wiązka światła laserowego, przechodząc przez układ wprowadzający, przeniesiona zostaje do elastycznego światłowodu cieczowego.
180 445 F ig. 2.
180 445 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.