Photomedizin

 

In der Photomedizin kommen spezielle optische Strahlungsquellen für therapeutische, diagnostische, endoskopische, Beleuchtungs- und Zahnhärtungszwecke zur Anwendung. Die Gigahertz-Optik GmbH produziert eine breite Palette von Messgeräten, die die Intensität und Wirksamkeit dieser Quellen messen. Es folgen einige Anwendungsbeispiele mit Produkten der Gigahertz-Optik GmbH.

Bei allen Fragen rund um das Thema Photomedizin steht Ihnen unser Vertriebsteam gerne jederzeit zur Verfügung.

Sie erreichen uns unter der +49 (0) 8193 93700-0 oder per Mail unter info@gigahertz-optik.de.

App. 025

Spektrale Messung der effektiven Bestrahlungsstärke in der Bilirubin-Phototherapie

Die Blaulicht-Phototherapie wird zur Behandlung der neonatalen Hyperbilirubinämie eingesetzt, bei der zu viel Bilirubin im Blut von Neugeborenen vorhanden ist. Dies verursacht eine Gelbfärbung der Haut des Kindes, bekannt als Neugeborenengelbsucht. Eine effektive Phototherapie erfolgt durch eine großflächige Bestrahlung mit blauem Licht vorgegebener Bestrahlungsstärke.

Die Neonatal-Phototherapie wird seit mehr als 50 Jahren angewendet. Zur Bestrahlung der Neugeborenen kommen unterschiedliche Lichtquellen zum Einsatz. Dazu gehören verschiedene Arten von Leuchtstoffröhren, Wolframhalogen- und Metallhalogenidlampen sowie zunehmend LED-basierte Lampen. Durch diese große Bandbreite an Therapielampen ergeben sich zum Teil deutliche Unterschiede im Emissionsspektrum. Möglicherweise ist dies Grund dafür, dass sich kein definiertes Emissionsspektrum im Bereich der Blaulicht-Phototherapie findet. Die Qualität der Messungen der Bestrahlungsstärke bzw. Dosis war im Bereich der Bilirubin-Phototheraphie nie hoch. Die liegt zum Teil an den sehr einfach ausgeführten Messgeräten.

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TDie Norm IEC EN 60601-2-50: 2009 + A1: 2016 [1] definiert die Bestrahlungsstärke für Bilirubin als:

Ebi = integrierte Bestrahlungsstärke von 400 nm bis 550 nm üblicherweise in mW/cm2

Da keine Wellenlängenpräferenz angegeben ist, können verschiedene Lampentypen mit unterschiedlichen Emissionsspektren verwendet werden. Der Standard definiert des Weiteren, dass die minimale Bestrahlungsstärke, Ebi MIN, größer als 40% des maximalen Ebi MAX-Wertes über der effektiven Therapiefläche sein muss. Die Hersteller der Therapieleuchten müssen zudem sicherstellen, dass die UV- und IR-Emissionen innerhalb der streng vorgegebenen Grenzen liegen (siehe dazu Gefahrenhinweise).

Die jüngsten Leitlinien der American Academy of Pediatrics [2] aus dem Jahr 2011 empfehlen abweichend zur IEC EN 60601-2-50: 2009 + A1: 2016 [1] eine "Intensive Phototherapie", mit einer mittleren spektralen Bestrahlungsstärke im Wellenlängenbereich von 460 nm bis 490 nm von 30 μW / cm2 / nm. Zuvor hatten die AAP-Richtlinien den gleichen Bestrahlungsstärkepegel angegeben, jedoch über ein breiteres Wellenlängenband von 430 nm bis 490 nm. Intensitäten über 65 μW / cm2 / nm sind nicht zulässig.

Unabhängig von den Leitlinien finden sich bei manchen Produkten teilweise abweichende Wellenlängenbereiche. Der Spektralbereich von 425 nm bis 475 nm scheint weit verbreitet.

In der Praxis sorgen diese Unterschiede für zusätzlich erhöhte Messunsicherheiten, weil die gängigen Messgeräte für die Bestrahlungsstärke nur für die Verwendung mit einem Emissionsspektrum ausgelegt sind. Diese Einschränkung ergibt sich aus dem Ausbau der Messgeräte mit spektralen Bandpass Korrekturfiltern. Damit sind diese Radiometer eigentlich nur für die ausschließliche Nutzung mit einer Leuchte geeignet, für die sie kalibriert und abgeglichen wurden (Ref. Clarkson et al.) [3]. Die zum Teil sehr unterschiedlichen Messwerte, die sich aus den unterschiedlichen Lampentypen in Verbindung mit den für einen Lampentyp ausgelegten Radiometern ergeben, behindern bisher die Optimierung der Dosimetrie-Empfehlungen im Bereich der medizinischen Forschung.

Das Lichtmessgerät MSC15 bietet die Vorteile eines Spektralradiometers in einem kompakten Gehäuse zu einem attraktiven Preis. Das MSC15 spectral light meter  misst die spektrale Bestrahlungsstärke E, die von der Therapielampe erzeugt wird. Aus den spektralen Messdaten wird die effektive Bestrahlungsstärke entsprechend den aktuellsten Standards und Richtlinien berechnet. Mit der spektralen Messmethode sind die Messdaten unabhängig vom Lampentyp und Hersteller. Das einfach zu bedienende Messgerät zeigt die beiden üblichen Bilirubin wirksamen Bestrahlungsstärke Messwerte direkt an:

  • Ebi (mW / cm2) gemäß IEC 60601-2-50: 2009 + A1: 2016
  • Die durchschnittliche spektrale Bestrahlungsstärke (μW / cm2 / nm) gemäß den neuesten AAP-Empfehlungen

Zusätzlich sind die spektralen Messdaten verfügbar, die eine Anpassung an jedes proprietäre Wellenlängenband ermöglichen, das von einem Hersteller angegeben wird.


Referenzen

[1] IEC 60601-2-50:2009+A1:2016  Medical electrical equipment - Part 2-50: Particular requirements for the basic safety and essential performance of infant phototherapy equipment.

[2] Phototherapy to Prevent Severe Neonatal Hyperbilirubinemia in the Newborn Infant 35 or More Weeks of Gestation 

[3] Neonatal phototherapy radiometers: Current performance characteristics and future requirements

App. 026

UV-Phototherapie Dosimetrie

Phototherapie ist die Nutzung optischer Strahlung (Ultraviolett, sichtbar und Infrarot) zur Behandlung von Erkrankungen. UV-Strahlung wird beispielsweise verwendet, um eine Reihe von Hauterkrankungen wie Psoriasis, Parapsoriasis, Vitiligo, atopische Dermatitis (Ekzem) und Mycosis fungoide zu behandeln.

Es gibt drei Hauptformen der UV-Phototherapie:

  • Breitband-UV-B (BB-UV-B), bei dem die Haut mit dem gesamten Spektrum der UV-B-Strahlung 280 nm - 315 nm behandelt wird. Die Philips TL12-Reihe repräsentiert BB-UV-B-Lampen.
  • Schmalband-UV-B (NB-UVB), bei dem nur ein enger Wellenlängenbereich innerhalb des UV-B-Spektrums zur Behandlung verwendet wird. Typischerweise werden 311 nm emittierende Lampen wie die Philips TL01 verwendet. Excimer-Lampen und gepulste Laser (308 nm) gehören ebenfalls zur NB-UV-B Kategorie.
  • PUVA (Psoralen + UV-A), bei der Breitband-UV-A-Strahlung (315 nm - 400 nm) in Verbindung mit einem Psoralen (einer Verbindung, die die Wirkung von UV-A-Strahlung auf die Haut erhöht) verwendet wird. PUVA wird deshalb auch manchmal auch als Photochemotherapie bezeichnet.
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UV-B wird routinemäßig verwendet, um häufig auftretende Hauterkrankungen zu behandeln. Allerdings hat die NB-UV-B die BB-UV-B weitgehend ersetzt, da sie kurzwellige Strahlung außerhalb des UV-B Spektrums vermeidet. Kurzwellige UV-Strahlung auch geringer Intensität kann bei BB-UV-B Lampen zu Erythem führen und birgt damit längerfristige Krebsrisiken. PUVA wird oft für Erkrankungen wie Mycosis fungoides, Hand- und Fußekzeme und Psoriasis pustulosa sowie für Erkrankungen, die nicht auf UV-B ansprechen, bevorzugt.

Eine auf den Patienten abgestimmte Dosimetrie ist bei der UV-Phototherapie wichtig. Sie stellt zum einen sicher, dass Patienten unabhängig von der besuchten Klinik konsistent behandelt werden. Zum anderen kann nur durch sie die kumulative Dosis der UV-Strahlungsbelastung des Patienten absolut erfasst werden, um damit das Hautkrebsrisiko einzuschränken. In der klinischen Phototherapie wird die UV-Strahlungsdosis durch Messung der Bestrahlungsstärke an der Hautoberfläche bestimmt. Die Bestrahlungsstärke wird typischerweise in mW / cm² gemessen. Die Dosis ist das Produkt aus der Bestrahlungsstärke und der Expositionsdauer und wird in J / cm² angegeben.

Es wurde über große Unterschiede in der Dosimetrie zwischen verschiedenen Behandlungszentren berichtet [1]. Als Fehlerquellen wurden ermittelt:

  • Geringe Güte der Kosinus-Blickfeldfunktion der Messgeräte für Bestrahlungsstärke
  • Ungenügende spektrale Anpassung der UV-A- und UV-B-Banden der Messgeräte
  • Nicht rückführbaren und damit ungeeignete Kalibrierung der verwendeten Radiometer
  • In Anwendungen mit CCD-Spektralradiometer ist deren schlechte Streulichtunterdrückung die nicht zu vernachlässigende Fehlerquelle

Die Gigahertz-Optik GmbH fertigt UV-A- und UV-B-Detektoren mit Kosinus-Blickfeldfunktion zur Messung der Bestrahlungsstärk von Phototherapie Lampen. Die spektrale Bandpassfunktion der UV-Fotodioden wird durch optische Korrekturfilter bestmöglich an die UV-A und UV-B Sollfunktionen angepasst. Die Kalibrierung der Bestrahlungsstärke erfolgt im Kalibrierlabor für optische Strahlungsmessgrößen der Gigahertz-Optik GmbH. Zur Anzeige der Messwerte dient ein vom Detektor getrenntes Optometer.

Aber auch der Schutz des Klinikpersonals vor direkter oder vagabundierender UV-Strahlung, wie die z. B. von Wänden und Decken, ist Thema der UV-Strahlungsmessung. Die europäische Richtlinie 2006/25 / EG [2] legt Mindestanforderungen an Sicherheit und Gesundheit der Arbeitnehmer vor den Risiken der UV-Strahlung fest. Die Gigahertz-Optik GmbH produziert speziell für diesen Zweck Messgeräte und Personendosimeter (siehe Anwendungen der Lichtgefährdung .


Referenzen

[1] Guidelines on the measurement of ultraviolet radiation levels in ultraviolet phototherapy (2015), British Journal of Dermatology

[2] Directive 2006/25/EC - artificial optical radiation

App. 027

NB-UVB Phototheraphie Dosimetrie mit gepulsten Excimer-Lasern

Phototherapie mit UV-B-Strahlung (NB-UV-B) geringer Bandbreite ist die bevorzugte Behandlungsmethode für viele Hauterkrankungen wie Psoriasis, Vitiligo und atopische Dermatitis. Normalerweise werden Niederdruck-Leuchtstofflampen mit einer Emission von 311 nm verwendet. Excimerlampen und Laser sind dazu eine interessante Alternative, bieten sie doch eine hochintensive Emission bei 308 nm. Insbesondere gepulste Excimer-Laser ermöglichen eine gezielte Therapie mit hohen Spitzenleistungen und reduzierter mittlerer Leistung woraus höhere Dosen von UV-B-Strahlung bei reduzierter Hitzebelastung resultieren. Der Laser bietet die Möglichkeit selektive Bereiche zu bestrahlen. Gesunde Haut wird dadurch vor der UV-B-Strahlung geschützt, wodurch sich das Risiko einer vorzeitigen Hautalterung und Karzinogenese verringert.

NB-UV-B-Phototherapie gilt als die wirksamste Behandlung für lokalisierte Vitiligo. NB-UV-B-Strahlung kann dazu beitragen, die Melanozyten (pigmentbildende Zellen) in kürzerer Zeit zu stimulieren als die UV-Strahlung die Haut schädigt. Psoriasis-Plaques können höhere Dosen an UV-Strahlung standhalten als normale Haut. Mit der zielgerichteten Abgabe, die mit Excimer-Lasern möglich ist, sind höhere Dosen bei verringerter Behandlungszeit möglich.

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Die hochintensiven Bestrahlungsstärken der Excimer-Laserquellen erfordern eine genaue Dosimetrie.

Die Gigahertz-Optik GmbH fertigt mit dem UV-3711-308 einen Messkopf, der speziell für die Messung der Bestrahlungsstärke von Excimer-Lasern konzipiert wurde. Die Kalibrierung seiner Bestrahlungsstärke Empfindlichkeit erfolgt bei 308 nm. Seine plane spektrale Empfindlichkeit im Nahbereich von 308 nm reduziert die Messunsicherheit bei einer Wellenlängenverschiebung des Lasers. Zusammen mit dem Optometer P-9710-2  kann die Pulsenergie (Dosis) von Einzelpulsen oder auch von Pulsketten in definierten zeitlichen Messfenstern präzise bestimmt werden. Dazu verfügt das Optometer P-9710-2 über einen Pulsenergie-Messmodus auf dem Funktionsprinzip der Pulse-Streck-Methode. Diese Messmethode ist unabhängig von den Anstiegszeiten die das Messgerät im CW-Mode aufweist. Mehr dazu im Applikationsbeispiel Laser.

App. 028

Kompakte Ulbrichtkugel zur Messung der Strahlungsleistung von seitlich abstrahlenden Lichtleitern

Photodynamische Therapie (PDT) wird eingesetzt, um bestimmte Arten von Krebs sowie einige Arten von Haut-und Augenerkrankungen zu behandeln. Bei der PDT werden betroffene Zellen durch lichtempfindliche Medikamente, sogenannte Photosensibilisatoren, und der Bestrahlung mit einer Lichtquelle zerstört. Typischerweise liegt das Aktivierungsspektrum des Photosensibilisators im Wellenlängenbereich von 630 nm bis 850 nm. Die Photosensibilisator-Medikation und die Lichtquelle sind für sich unbedenklich. Nur bei einer Sauerstoffsättigung des Gewebes bewirkt das Medikament bei Bestrahlung mit Licht eine Reaktion, die die betroffenen Zellen schädigt.

Die gezielte Bestrahlung des betroffenen Gewebes war für Jahre das Thema vieler Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Zur gezielten Lichtzuführung hat sich in der photodynamischen Therapie der Einsatz von seitlich abstrahlenden Lichtleitern durchgesetzt. Als Strahlungsquellen dienen Laserdioden mit einstellbaren Leistungen im Bereich von 1 W bis 10 W.

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Die seitlich abstrahlenden Fasern erzeugen ein radiales Lichtmuster im entsprechend präparierten Endbereich der Faser. Die Länge des lichtemittierenden Teils der Faser beträgt üblicherweise weniger als 80 mm.

Zur Messung der gesamten seitlich abgestrahlten Leistung werden Laserleistungsmessgeräte mit einer Ulbrichtsche Kugeln eingesetzt. Für eine präzise Messung der seitlich abgestrahlten Leistung einer 80 mm Emissionsstrecke müsste die Ulbrichtsche Kugel einen Durchmesser von etwa 200 mm (8 Zoll) haben. Solch eine große Ulbrichtkugel ist innerhalb eines Messlabors akzeptabel. Sie ist allerdings zu groß, um sie in eine PDT-Laserquelle zu integrieren, wie sie in der PDT-Anwendung eingesetzt werden. Zu diesem speziellen Zweck hat die Gigahertz-Optik GmbH eine besondere Ulbrichtkugel-Bauform entwickelt. Diese bietet bei einem Durchmesser von nur 30 mm eine nutzbare Länge von 40 mm (UPK-30S60-L ) bzw. 80 mm UPK-30S105-L . Das Modell UPK-30S60 kann zudem mit einem Quarzeinsatz geliefert werden. Dieser kann zur Reinigung aus der Kugel genommen werden. Diese Stretch-Kugeln bieten nicht dieselbe Gleichförmigkeit der Lichtausbreitung wie echte Ulbrichtkugeln. Daher muss die Kalibriermethode auf die Eigenschaften der Stretch-Kugel abgestimmt sein. Eine geeignete Methode ist die Verwendung eines seitlich abstrahlenden Lichtleiters als Referenz-Lichtquelle.