Устройство фотодинамического воздействия на ткани живого организма
Полезная модель относится к устройству для осуществления фотодинамического воздействия на ткани живого организма, включающему систему оптического светового воздействия I, содержащую не менее одного источника светового излучения 2, систему подачи жидкой суспензии II и узел ввода III для одновременного облучения и подачи суспензии фотосенсибилизатора, причем предусмотрен центральный управляющий блок 1, к которому подключена система подачи жидкой суспензии II и управляющее устройство 3 параметрами не менее одного источника светового изучения 2 системы оптического светового воздействия I.
Изобретение относится к устройству для фотодинамического воздействия на ткани живого организма, посредством системы оптического света, включающей, по крайней мере, один источник облучения, системы подачи суспензии фотосенсибилизатора и устройства для одновременных, а также отдельных облучения и подачи суспензии фотосенсибилизатора
Устройство особенно предназначено для применения в медицине для людей и лечении животных в ветеринарии при патологических новообразованиях, косметологических дефектах, различных заболеваниях кожи, слизистой оболочки, ран или язв.
В ФДТ молекула фотосенсибилизатора, поглотив квант света, переходит в (возбужденное) состояние и может вступить в химические реакции двух типов. При первом типе реакций происходит взаимодействие возбужденной молекулы непосредственно с молекулами биологического субстрата, что приводит к образованию свободных радикалов. Во втором случае происходит взаимодействие возбужденного фотосенсибилизатора с молекулой триплетного (обычного присутствующего в клетках тканей) кислорода, посредством чего катализируется образование синглетного кислорода. Синглетный кислород обладает огромным окислительным потенциалом, превышающим свойственным озону. В обоих случаях образующиеся продукты фотохимической реакции оказывают угнетающее действие на пораженные клетки живого организма, вызывая их последующую гибель. (Проф. Др.Тамаш Видоци «Дефиниция фотодинамического воздействия»
Известно фотодинамическое лазерное воздействие для обработки множественных поверхностных язв, слизистой оболочки рта с применением фотосенсибилизатора-5-аминолевулиновой кислоты. (Department of pathology, Norwegian Radium Hospital, University of Oslo, 1997, Jan 15, 79(12), 2282-308).
Известно устройство для люминесцентной диагностики и фотодинамической терапии злокачественных опухолей с использованием фотосенсибилизаторов, которые содержат опухолетропные препараты -. (Патент РФ 2221605 от 20.01.20049) Согласно доступной практике пациенту сначала вводят соответствующий препарат, потом выжидают определенное время, пока фотосенсибилизатор избирательно накапливается в обрабатываемом участке, и наконец происходит избирательное облучение обрабатываемого участка светом. Молекулы фотосенсибилизатора, накопившиеся в тканях обрабатываемого участка, поглощают световое излучение и вызывают люминесценцию и фотохимические реакции, разрушающие опухолевые ткани. Устройство содержит диагностико-дозирующий модуль с блоком определения топологии патологии, блоком кадровой памяти, блоком формирования топологии воздействия и системой отображения информации о топологии патологии и воздействия и световой модуль. Световой модуль включает источники лазерного излучения, блок времени управления и оптической системой переноса излучения на облучаемый патологический участок. - Дианостико-дозирующий модуль служит для выбора режима работы и управления режимом диагностики. Блок определения топологии патологии содержит высокочувствительную видеокамеру со спектрально-селективной оптической системой и имеет спектральное окно прозрачности в спектральном диапазоне люминесценции фотосенсибилизатора. Наибольший эффект фотодинамического воздействия достигается, если длинноволновый край спектра излучения лазерного электроннолучевого прибора совпадает со спектральным максимумом поглощения фотосенсибилизатора.
Известно устройство (Патент РФ 2371216 от 27.10.2009) для активизации средства для фотодинамической терапии, содержащее контейнер с емкостью для хранения средства для фотодинамической терапии, одна из стенок которой имеет оптическую систему, связанную с источником света, отличающееся тем, что контейнер снабжен крышкой, выполненной с возможностью при ее снятии замыкания электрической цепи устройством включения в составе электрического модуля, подключенного к источнику света и включающего также блок питания и устройство выключения.
Композиция (средство) для фотодинамического воздействия (фотоактивный препарат) подвергается световому облучению непосредственно перед нанесением на ткани с помощью специального устройства. В процессе этого композиция активируется, превращаясь из фотоактивной в фотоактивированную форму, приобретая новые полезные биологически активные свойства. Затем фотоактивированная композиция наносится на ткани-мишени, где и оказывает лечебное и/или косметологическое воздействие. Фотоактивная композиция (фотоактивное средство) может иметь различные жидкие и мягкие формы: истинные, коллоидные и мицеллярные растворы, гели, кремы, моно- и полидисперсные системы, эмульсии, везикулярные и липосомальные системы и т.д. В предлагаемом способе ткани подвергаются воздействию уже фотоактивированного продукта, который находится в биологически активном состоянии.
Устройство, сконструированное таким образом, что одновременно является контейнером-упаковкой для хранения фотоактивной композиции и устройством, приводящим данную композицию в фотоактивированное состояние посредством генерации светового излучения. Для этого источник света конструктивно связан непосредственно с емкостью для хранения фотоактивной композиции и ее обработки светом. Устройство включает специальный электрический блок управления работой источника света. Устройство, генерирующее световое излучение для фотоактивации агентов, сконструировано таким образом, чтобы обеспечивать, прежде всего, равномерное воздействие светового излучения на фотоактивный продукт, находящийся в ограниченной емкости, непосредственно перед его нанесением на поверхность тканей-мишеней. В качестве источников света предполагается использование некогерентных и когерентных, монохроматических и немонохроматических, постоянных и импульсных источников света ультрафиолетовой области (от 280 нм до границы видимой области спектра), видимой области спектра и инфракрасной области спектра (от 840 нм до 1100 нм и от 7000 нм до 14000 нм). Выбор источника света и варианта светового воздействия зависит от типа применяемой фотоактивной композиции. Фотоактивная композиция в момент фотоактивации находится в специальном контейнере вне тканей организма человека; это позволяет избежать влияния компонентов тканей, ингибирующих процесс фотоактивации. За счет этого как повышается эффективность способа, так и появляется принципиально новая возможность использовать в качестве фотоактивной композиции субстанции, для которых фотоактивация в тканях невозможна. Мишенями для фотоактивирующего воздействия света в фотоактивной композициии могут являться не только фотоактивные агенты, трансформирующиеся в вещества с терапевтическим или с косметологическим эффектом, но и вспомогательные компоненты композиции, например вещества и/или структуры, обеспечивающие доставку композиции (средства) в глубь тканей через проникновение композиции через поверхностную границу ткани (например, трансдермальный транспорт)
К недостаткам применения указанного устройства можно отнести активирование ФДТ-композиции вне тканей живого организма, что может привести к ограничению степени полезного воздействия на эти ткани.
Эффективность фотодинамического воздействия зависит от поступления фотосенсибилизатора и лазерного облучения к тканям живого организма одновременно. Поскольку срок жизни синглетного кислорода ограничен несколькими миллисекундами. Известен аппарат марки SCHALI-LAS, в котором объединены каналы оптического (световое облучение) и канал жидкости (подача ФДТ-раствора) гидравлического воздействия на ткани организма. («Нанотехнологии для медицины» Куркаев А.С., Будапешт, 2008, стр.75)
В аппарате использовано Y-образное звено, причем первое плечо вилкообразного звена предназначено для направления потока фотосенсибилизатора в основной канал соединительного звена, а второе плечо вилкообразного соединительного звена - для подачи света в основной канал соединительного звена, с помощью специально подобранного оптоволокна. Уровень потока фотосенсибилизатора должен подбираться в соответствии с интенсивностью света, подаваемого оптоволокном. Устройство ввода может быть снабжено катетером, инъекционной иглой, распылителем, применяемыми для ввода фотосенсибилизатора в облучаемые ткани. В разработанном аппарате введение в ткани активированного фотосенсибилизатора происходит одновременно с его активацией, причем жидкий фотосенсибилизатор действует, как оптический проводник светового луча. В качестве фотосенсибилизатора наиболее эффективным является применение наночастиц минералов гетеро-кристаллической структуры, таких как рутил, сфен, лопарит, перовскит, анатас, ильменит, лейкоксен, феррит. Наночастицы содержат в своем составе оксиды кремния, титана, кальция, железа. Наночастицы используют в виде прозрачной суспензии, которая является при применении в разработанном аппарате «своеобразным» световодом. (ЕР 1779855 от 28.10.2005)
Компанией Schali AG разработана серия препаратов в виде стабилизированных суспензий нанокристаллов диоксида титана и кварца. Все препараты являются устойчивой водной суспензией. Особенностью препаратов является их принадлежность к категории натуральных продуктов. На всех этапах переработки природного минерального сырья применяются механические и электротермические технологии, не изменяющие исходную, естественную нанокристаллическую структуру и свойства исходного материала. (SCHALI AG, Маурен)
Применение аппарата SCHALI-LAS предполагает высокий уровень подготовки специалиста и необходимость постоянной корректировки режимов подачи фотосенсибилизатора и ручное управление лазерным лучом.
Задачей полезной модели является создание устройства фотодинамического воздействия на ткани живого организма, обеспечивающего активацию жидкой суспензии посредством лазерного излучения в момент ввода суспензии в ткань живого организма в любом режиме, в том числе в импульсном режиме фотовоздействия. Устройство позволяет обеспечить возможность автономного функционирования обеих систем устройства как системы оптического светового воздействия так и системы подачи суспензии в ткани или полость живого организма.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности фотодинамического воздействия на ткани живого организма за счет создания контролируемого процесса фотодинамического воздействия путем автоматического совместного регулирования параметров светового воздействия и режима подачи жидкой суспензии фотосенсибилизатора. Изобретение основывается на том факте, что эффективность фотодинамической терапии на ткани живого организма повышается за счет постоянного контроля процесса посредством общего автоматического управления параметрами светового излучения и параметрами подачи суспензии фотосенсибилизатора. Активируемый в момент подачи фотосенсибилизатор в зависимости от необходимости вводится в естественные полости тела или в ткани подкожно расположенных органов.
Для облучения света используется, по крайней мере, один источник светового излучения, выбираемый из группы, содержащей источники светового излучения большой мощности и большого диапазона длины волны, например одиночные LED, LED no матричной схеме, галогенные источники света, диодные и не диодные лазеры, мощностью не более 20 В и длиной волны в диапазоне 380 нм до 1500 нм. Световое излучение можно модулировать по частоте от 0 до 10 кГц, причем при функционировании в импульсном режиме максимальная мощность составляет от 1 В до 10 кВ, частота модуляции в импульсном режиме находится в диапазоне от 0 до 10 кГц, продолжительность импульса составляет от 100 не до 10 мс в зависимости от нужд активации.
Система подачи жидкой суспензии фотосенсибилизатора включает преимущественно инфузионный насос со скоростью подачи жидкой суспензии в пределах 100-2000 мл/ч. Преимущественно объем и скорость потока суспензии фотосенсибилизатора и интенсивность подаваемого света устанавливаются независимо друг от друга. За счет этого увеличивается эффективность воздействия фотосенсибилизатора на ткани.
Для подачи суспензии фотосенсибилизатора в глубокорасположенные ткани живого организма устройство для одновременного облучения и подачи суспензии фотосенсибилизатора преимущественно содержит инъекционную иглу.
Для подачи жидкой суспензии фотосенсибилизатора в естественные полости живого организма устройство для одновременного облучения и подачи суспензии фотосенсибилизатора содержит канюлю.
Преимущественно суспензия фотосенсибилизатора содержит наночастицы оксидов металлов и/или двуокиси кремния гетерокристаллических минералов. Активные формы кислорода образуются непосредственно в момент введения. Преимуществом этого процесса является то, что он не обременяет или обременяет намного меньше тканей, которые не нуждаются в обработке. Устройство может применяться, например, для обработки опухолей, патологических новообразований, в косметических процедурах и т.д.
Узел одновременного облучения и подачи жидкой суспензии фотосенсибилизатора содержит У-образный элемент с двумя рукавами, впадающими в одно русло, при этом один рукав соединен с системой подачи жидкой суспензии фотосенсибилизатора, а другой рукав соединен с ситемой оптического светового воздействия.
Один рукав У-образного элемента соединен с инфузионным насосом системы подачи жидкой суспензии фотосенсибилизатора.
Другой рукав У-образного элемента через световод соединен с системой оптического светового воздействия.
Данное устройство согласно прилагающегося чертежа представляет схематическое изображение блока-схемы одного из воплощений устройства для фотодинамическо воздействия на ткани живого организма или терапии.
I - Система оптического светового воздействия, II - Система подачи жидкой суспензии фотосенсибилизатора и III - узел одновременного облучения и введения суспензии фотосенсибилизатора.
Система оптического светового воздействия I включает:
- не менее одного источника светового излучения 2, который служит для излучения света, например лазерного, определенной мощности и длины волны. Источник светового изулчения 2 посылает свет через соответствующую оптику 6 в световод 13 на блок Ш для одновременного облучения и подачи жидкой суспензии фотосенсибилизатора. Через оптику 6 луч источника светового излучения 2 фокусируется в соответствии с диаметром световода 13, который, например, составляет 600 мкм.
- источник питания 7 подключен к устройству 3, управляющему параметрами светового излучения, который в свою очередь подключен к центральному управляющему блоку 1.
- установка охлаждения 4 подключена к источнику светового излучения 2 и к управляющему устройству параметрами светового излучения 3.
В установке охлаждения 4 использованы элементы Пельтье и вентиляторы.
- датчик контроля волоконной оптики 5 подключен к управляющему устройству 3 параметрами светового излучения.
Датчик контроля 5 регулирует напряжение источника светового излучения и направление света из источника светового излучения, проверяет рабочее напряжение, устанавливает и измеряет направляющий свет и мощность
К центральному управляющему блоку 1 подключены: источник питания центрального блока 11 и устройство ввода параметров работы установки 12. Посредством соответствующей системы передачи данных система оптического светового воздействия I соединена с системой II для подачи жидкой суспензии фотосенсибилизатора.
Система подачи жидкой суспензии фотосенсибилизатора II включает
- управляющее устройство 9, соединенное с источником питания 10. Управляющее устройство параметрами инфузионного насоса 9 подключено к инфузионному насосу 8, таким образом, что можно задавать необходимые объемы суспензии фотосенсибилизаторов в Узел Ш для одновременного облучения и подачи суспензии.
Узел III для одновременного облучения и подачи суспензии фотосенсибилизатора включает Y-образный элемент с двумя впадающими в одно русло рукавами 14, 15. причем первый рукав 14 соединен с системой II для подачи жидкой суспензии фотосенсибилизатора, а именно с инфузионным насосом 8, а второй рукав 15 соединен через световод 13 с системой оптического светового воздействия I. Общее управление системы III впадает в инъекционную иглу 16 для подачи жидкой суспензии фотосенсибилизатора в глубокорасположенные ткани или в соответствующую канюлю для подачи суспензии в естественные полости живого организма.
Устройством фотодинамического воздействия управляет центральный управляющий блок 1, по параметрам, установленным специалистом по процедурам с помощью устройства ввода параметров 12 (например тач скрин). Центральный управляющий блок 1 связан с контроллером инфузионного насоса 9 системы II для подачи жидкой суспензии и управляющему устройству 3 параметрами светового излучения. Данное устройство позволяет оптимально обрабатывать ткани активированным фотосенсибилизатором или использовать каждую их систем оптического светового воздействия и подачи инъецируемой суспензии по отдельности.
1. Устройство фотодинамического воздействия на ткани живого организма, включающее систему оптического светового воздействия, систему подачи жидкой суспензии фотосенсибилизатора и узел одновременного облучения и введения суспензии фотосенсибилизатора, отличающееся тем, что устройство снабжено центральным управляющим блоком, к которому подключена система подачи жидкой суспензии фотосенсибилизатора, включающая инфузионный насос и управляющее устройство параметрами инфузионного насоса, система оптического светового воздействия включает устройство, управляющее параметрами светового излучения, которое, в свою очередь, подключено к центральному управляющему блоку, при этом система оптического светового воздействия содержит не менее одного источника светового излучения, выбираемого из группы: одиночные LED, соединенные по матричной схеме LED, галогенные источники света, диодные и недиодные лазеры..
2. Устройство фотодинамического воздействия на ткани живого организма по п.1, отличающееся тем, что оно содержит не менее одного источника светового излучения мощностью излучения в пределах 20 В и длиной волны 380-1500 нм.
3. Устройство фотодинамического воздействия на ткани живого организма по п.1 или 2, отличающееся тем, что система подачи суспензии фотосенсибилизатора включает инфузионный насос, обеспечивающий подачу суспензии фотосенсибилизатора со скоростью в пределах 100-2000 мл/ч.
4. Устройство фотодинамического воздействия на ткани живого организма по п.1, отличающееся тем, что узел одновременного облучения и введения суспензии фотосенсибилизатора снабжен инъекционной иглой для введения суспензии фотосенсибилизатора в глубоколежащие ткани живого организма.
5. Устройство фотодинамического воздействия на ткани живого организма по п.1, отличающееся тем, что узел для одновременного облучения и введения суспензии фотосенсибилизатора снабжен канюлей для введения суспензии фотосенсибилизатора в естественные полости живого организма.
6. Устройство фотодинамического воздействия на ткани живого организма по п.1, отличающееся тем, что жидкая суспензия фотосенсибилизатора содержит наночастицы оксидов металлов и/или двуокиси кремния гетерокристаллических минералов.
7. Устройство фотодинамического воздействия на ткани живого организма по п.1, отличающееся тем, что узел для одновременного облучения и введения суспензии фотосенсибилизатора содержит У-образный элемент с двумя рукавами, ведущими в одно общее русло, причем один рукав соединен с системой для подачи суспензии фотосенсибилизатора, а другой рукав - с системой оптического светового воздействия.
8. Устройство фотодинамического воздействия на ткани живого организма по п.7, отличающееся тем, что рукав У-образного элемента соединен с инфузионным насосом системы для подачи суспензии фотосенсибилизатора.
9. Устройство фотодинамического воздействия на ткани живого организма по п.7 или 8, отличающееся тем, что другой рукав У-образного элемента через световод соединен с системой оптического светового воздействия.
