Спосіб модифікованої фотодинамічної терапії з вибірковим лазерним скануванням залежно від наявності флюоресценції

Реферат: Спосіб опромінення пухлини методом лазерного сканування в фотодинамічній терапії полягає в тому, що, після накопичення фотосенсибілізатора (ФС), пухлина опромінюється лазерним випромінюванням з довжиною хвилі, яка відповідає максимальному піку поглинання ФС. Опромінення відбувається скануючим лазерним променем малого поперечного перерізу та малої потужності із збереженням потрібної щільності потужності. Промінь переміщується виключно в межах попередньо визначеної зони із врахуванням флуоресценції пухлини та з фіксованою часовою затримкою у кожній локальній точці. UA 108034 U (12) UA 108034 U UA 108034 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі медицини, а саме до онкології, і може застосовуватись для лікування злоякісних пухлин із використанням лазерного випромінювання. Однією з головних особливостей методу фотодинамічної терапії (ФДТ) є можливість поєднання діагностики та лікування онкологічних захворювань в межах однієї процедури [1-3]. Збудження молекули більшості фотосенсибілізаторів (ФС) світлом із довжиною хвилі близько 405 нм (смуга Cope) викликає її флуоресценцію в червоній області спектра, що, враховуючи тропність порфіринових ФС до пухлини, дає змогу визначити границі малігнізованої ткнини та час, необхідний для максимального накопичення ФС в пухлині. Успішне проведення ФДТ базується на певних умовах: - достатня концентрація ФС в пухлині; - оптичне опромінення із певною довжиною хвилі (відповідно максимуму поглинання ФС) та з достатньою щільністю потужності випромінювання, що поглинається пухлиною [4]; достатня кількість молекулярного кисню в зоні опромінення [5]. Відомі способи ФДТ онкологічних захворювань, які включають введення ФС та використання джерела світла, що забезпечує фотохімічне індуковане руйнування клітин [6, 7]. Пацієнту внутрішньовенно вводять розчин ФС, який концентрується в пухлині. Далі ФС збуджують лазерним світлом в постійному режимі опромінення. У результаті високотоксичний для ракових клітин синглетний кисень руйнує пухлину. В наведених способах можна виділити наступні недоліки. Опромінення пухлин великих розмірів із необхідною для ФДТ щільністю потужності призводить до збільшення потужності лазера. Із збільшенням потужності, в свою чергу, зростають енергетичні витрати та вартість приладу. Відомий спосіб опромінення пухлини шляхом лазерного сканування за допомогою гальванометричного дефлектора, який полягає в покроковому переміщенні променя малого поперечного перерізу та низької інтенсивності у заданій зоні з визначеною часовою затримкою для кожної локальної ділянки із збереженням робочої щільності потужності. Після локального проходження всієї області лазерний пучок повертається в початкову позицію і відбувається повторне покрокове опромінення до кінця сеансу [8]. Експериментальне дослідження in vivo, проведене на моделі карциноми легенів Льюїс показала, що в ефективності гальмування пухлинного росту розроблений метод не значно поступається традиційному методу проведення ФДТ. Застосована при цьому енергетична доза опромінення була меншою в 400 разів при такій самій щільності потужності лазера [9]. Даний спосіб було взято за прототип. За такого варіанта проведення ФДТ лазерний промінь сканує пухлину у вигляді певних геометричних фігур (наприклад прямокутника) визначених розмірів, таким чином, щоб максимально зіставити площу сканування із площею вибраної пухлини. Однак, у прототипі не враховуються нерівності границь пухлини і, при скануванні у вигляді прямокутника, лазерне випромінювання, що попадає поза пухлину, використовується не ефективно. Такий варіант проведення ФДТ також не приймає до уваги перепади концентрації барвника у різних ділянках та в різні моменти опромінення. Для підвищення якості проведення процедури ФДТ та раціонального використання лазерного випромінювання ми розробили спосіб модифікованої фотодинамічної терапії з вибірковим лазерним скануванням залежно від наявності флюоресценції. Задачею запропонованої нами корисної моделі є усунення існуючих недоліків та розробка методу вибіркового лазерного сканування - з урахуванням контуру флюоресценції ФС пухлини. Сканування променем малої потужності та малого поперечного перерізу тільки в межах попередньо визначеної зони із збереженням потрібної щільності потужності може дозволити ефективніше використовувати лазерне випромінювання та зменшити вартість приладу із збереження потрібної щільності потужності. Спосіб опромінення пухлини методом лазерного сканування в фотодинамічній терапії полягає в тому, що, після накопичення фотосенсибілізатора (ФС), пухлина опромінюється лазерним випромінюванням з довжиною хвилі, яка відповідає максимальному піку поглинання ФС. Опромінення відбувається скануючим лазерним променем малого поперечного перерізу та малої потужності із збереженням потрібної щільності потужності, при цьому промінь переміщується виключно в межах попередньо визначеної зони із врахуванням флуоресценції пухлини та з фіксованою часовою затримкою у кожній локальній точці. Використовуючи даний метод ми зможемо досягти нового технічного результату: - зменшити вихідну потужність лазерного випромінювання, необхідну для проведення процедури; - зменшити дозу із збереженням робочої щільності потужності; - оптимізувати процес витрат ФС в ході терапії; - мінімізувати опромінення здорових тканин. 1 UA 108034 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Спосіб сканування пухлини реалізується наступним чином (див. креслення). Опромінення пухлини методом вибіркового сканування, враховуючи спектральні характеристики ФС, здійснюється основним лазерним випромінюванням із довжиною хвилі 660 нм. Для збудження флуоресценції ФС застосовується допоміжне розфокусоване лазерне випромінювання з довжиною хвилі 405 нм. Для реєстрації флуоресценції використовується камера на базі ПЗЗматриці. Програмне забезпечення лікувально-діагностичної установки (обробка зображення, визначення зон опромінення та інше) реалізується у вигляді розробленого програмного пакета "ControLS", який інсталюється на персональний комп'ютер і працює в операційному середовищі Windows. Алгоритм роботи 1. Ввімкнення блока управління сканера (1) Вибір параметрів сканування: часу опромінення (від 1 до 99 хв.), потужності лазера (від 5 до 50 мВт) та тривалості затримки лазера в точці (від 10 до 50 мс). 2. В стартовому режимі випромінювання від напівпровідникового модуля довжиною хвилі 660 нм (2)(терапевтичного), подається на дефлектор (3) та окреслює зону сканування у вигляді квадрату певних розмірів. Розміри квадрату підбираються під розміри пухлини. 3. Запуск програми "ControLS.exe" на ПК (4). Оператор підлаштовує квадрат програми із лазернем випромінюванням на біологічному об'єкті. Реєстрація камерою (5) і виведення на монітор ПК відеопотоку в реальному режимі часу через фільтр (6). Оператор підлаштовує запрограмовану область опромінення на реальному об'єкті (7) (за реперні точки можна вважати чотири точки при вершинах квадрата області лазерного випромінювання). 4. Поширення через світловод (8) діагностичного лазерного випромінювання 405 нм (9), та одночасна фотореєстрація відеокамерою зони флюоресценції. 5. Формування точок сканування та запуск терапевтичного лазерного випромінювання 660 нм, діаметром 1 мм, який після попадання на дефлектор сканує по визначених програмою точках. 6. Зупинка червоного лазера відбувається автоматично через 2-5 хвилин, або натисканням кнопки "Start red".B програмі або на блоці управління. 7. Повтор п. 4 - п. 6 (кількість повторів визначається оператором). 8. Вимкнення блока управління сканера. Експериментальна перевірка системи шляхом фотодинамічної терапії карциноми мишей показала, що за ефективністю гальмування пухлинного росту така терапія не поступалась традиційній із використанням безперервного лазерного опромінення, тоді як застосована доза опромінення була значно меншою. Недоліком запропонованого способу є можливе збільшення часу проведення процедури. Таким чином, у порівнянні з прототипом, запропонований спосіб модифікованої фотодинамічної терапії з вибірковим лазерним скануванням на основі розробленої лікувальнодіагностичної установки, в якій сфокусований лазерний промінь за допомогою оптичних дефлекторів переміщується виключно в межах попередньо визначеної зони флуоресценції тканини із фіксованою часовою затримкою у кожній локальній точці, дозволяє істотно зменшити вихідну потужність лазерного випромінювання, необхідну для проведення процедури із збереженням робочої щільності потужності, оптимізувати процес витрат ФС в ході терапії та та мінімізувати опромінення здорових тканин. Джерела інформації: 1. Agostinis P. Photodynamic therapy of cancer: an update /P. Agostinis, K. Berg, K.A. Cengel, Т.Н. Foster, A.W. Girotti et al. //CA Cancer J Clin-2011-Vol. 61, № 4-P. 250-281. 2. Allison R.R. Oncologic photodynamic therapy: clinical strategies that modulate mechanisms of action /R.R. Allison, K. Moghissi //Photodiagnosis Photodyn. Ther. - 2006. - Vol. 10, № 4. - P. 331341. 3. Allison R.R. Photodynamic therapy: oncologic horizons /R.R. Allison //Future Oncol. – 2014-Vol. 210, № 1-P. 123-142. 4. Патент RU 2438733 Способ фотодинамической терапии онкологических заболеваний /Иванов А.П., Чан хонг Ньунг, Нгуе Конг Тхань, Барун В.В. //МПК A61/N06. 5. Красновский А.А. (мл.) Фотодинамическая регуляция биологических процессов: первичные механизмы //Проблемы регуляции в биологических системах /Под общей ред. А.Б. Рубина. - М. - Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2006. - 480 с. 6. Pass HI. Photodynamic therapy in oncology: mechanism and clinical use. J Natl. Cancer Inst, vol. 85, N 6, (1993), p. 443-456. 7. Патент RU 2169015, Способ фотодинамической терапии злокачественных опухолей/ Харнас С.С., Торшина Н.Л., Лужков Ю.М., Ворожцов Г.Н., Посыпанова А.Н. Волкова А.И. //МПК А 61 N 5/06, публ. Бюл. 2001, № 17. 2 UA 108034 U 5 10 15 8. Пат. 89226 Україна, МПК7 A61N5/06. Спосіб опромінення пухлини методом лазерного сканування в фотодинамічній терапії /Холін В.В, Попов В.Д., Войцехович B.C., Гамалія М.Ф., Чепурна О.М.; заявник та патентовласник Холін В.В. - № U 2013 13795; заявл. 27.11.2013; опубл. 10.04.2014, Бюл. № 7. 9. Чепурна О.М. Розробка і апробація нового варіанта методу фотодинамічної терапії пухлин із застосуванням лазерного скануючого пристрою /О.М. Чепурна, І.О. Штонь, В.С. Войцехович, В.В. Холін, Рональд У. Ровіра, О.С. Камінський, М.Ф. Гамалія //Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. - 2014. - № 1. - С. 128-131. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб опромінення пухлини методом лазерного сканування в фотодинамічній терапії, який полягає в тому, що, після накопичення фотосенсибілізатора (ФС), пухлина опромінюється лазерним випромінюванням з довжиною хвилі, яка відповідає максимальному піку поглинання ФС, який відрізняється тим, що опромінення відбувається скануючим лазерним променем малого поперечного перерізу та малої потужності із збереженням потрібної щільності потужності, при цьому промінь переміщується виключно в межах попередньо визначеної зони із врахуванням флуоресценції пухлини та з фіксованою часовою затримкою у кожній локальній точці. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3