СИСТЕМА ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ РАКА
SYSTEM FOR TREATING CANCER

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к системе для лечения рака.
Существуют многие способы лечения рака. Среди них хорошо известна фотодинамическая терапия (photodynamic therapy - PDT). Эта терапия использует фотосенсибилизирующее лекарственное средство, которое вводится внутривенно. Фотосенсибилизирующее лекарственное средство локализуется в пораженной ткани. Фотосенсибилизирующее лекарственное средство активируется светом с длиной волны от 0,63 до 0,66 мкм. Молекулы, из которых состоит лекарственное средство (далее называемые молекулами лекарственного средства) возбуждаются и переходят в синглетное состояние. Но они быстро дезактивируются и переходят в свое триплетное состояние (это называется межсистемным переходом).
2
g
1
Между тем, кислород растворен в человеческих тканях, которые могут включать в себя раковые клетки. Таким образом, растворенный кислород вблизи раковых клеток переходит из молекул лекарственного средства в триплетном состоянии в О (Δ) в возбужденном синглетном состоянии посредством передачи энергии. Кислород в возбужденном синглетном состоянии обычно называется химически активным кислородом и может разрушать клетки. Таким образом, раковые клетки, которые сталкиваются с химически активными формами кислорода, погибают. PDT описана, например, в Непатентной литературе 1 (Precision Engineering, The Japan Society for Precision Engineering, том 81, № 4, стр. 298-302).
С другой стороны, было предложено устройство для лечения, основанное на способе лечения, в котором генерируют лазерный луч с длиной волны от 1,2 до 1,3 мкм и испускают лазерный луч прямо на раковые клетки. Лазерный свет этой длины волны может возбуждать молекулы кислорода вблизи раковых клеток для их перехода в синглетное состояние и может вызывать гибель раковых клеток. Это лечение имеет преимущество, заключающееся в том, что оно не требует фотосенсибилизирующего лекарственного средства, которое не вызывает никаких побочных реакций. Опубликованный японский перевод Международной публикации PCT заявки на патент № 2007-517559 описывает способ лечения и устройство для лечения на основе лазерного луча с длиной волны от 1,2 до 1,3 мкм.
В вышеупомянутом устройстве для лечения, лазерный луч с длиной волны от 1,2 до 1,3 мкм генерируется рамановским лазером на основе рамановского преобразования. Однако в способе генерирования лазерного луча с конкретной длиной волны на основе такого преобразования длины волны, для поглощения лазерного луча молекулами кислорода необходимо точное соответствие центральной длины волны лазерного луча любой линии поглощения из ряда линий поглощения в полосе 1,27 мкм молекул кислорода. Также, для эффективного поглощения лазерного излучения необходимо уменьшить ширину длины волны лазерного луча таким образом, чтобы она была меньше или равна ширине линии поглощения. Таким образом, лазерной системе необходим модуль сужения линии и модуль стабилизации длины волны, что делает эту лазерную систему сложной и дорогостоящей.
Альтернативно, когда лазерный луч генерируется с большой шириной длины волны, составляющей около ± 0,5 нм и покрывающей всю область вблизи длины волны 1,27 мкм без обеспечения соответствия длины волны лазера одной из линий поглощения, захватываются многие линии поглощения. Однако, поскольку доля мощности на длинах волн, отличных от линий поглощения, является очень большой, существует проблема, состоящая в том, что эффективность генерирования синглетного кислорода становится очень плохой.
Между тем Непатентная литература 7 («Laser-induced generation of singlet oxygen and its role in the cerebrovascular physiology», Progress in Quantum Electronics, том 55, 112-128 (2017)) и Непатентная литература 8 («Infrared laser pulse triggers increased singlet oxygen production in tumor cells», Scientific Reports, December 12, 2013) описывают лазер на квантовых точках, который может быть настроен на генерацию на длине волны 1,27 мкм и который используется для генерирования синглетного кислорода. Лазер на квантовых точках создает лазерное излучение с шириной линии около 1 нм, которая значительно больше ширины линии любой линии поглощения кислорода. Таким образом, подобно описанному выше случаю, эффективность генерирования синглетного кислорода является довольно низкой.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего раскрытия является обеспечение устройства для лечения рака, использующего источник света, выполненный с возможностью эффективно возбуждать молекулы кислорода таким образом, чтобы они становились синглетным кислородом.
Для достижения вышеупомянутой цели, устройство для лечения рака согласно этому варианту осуществления включает в себя источник света, который генерирует свет, имеющий длину волны 1,27 мкм, причем этот свет, имеющий длину волны 1,27 мкм, генерируется из молекул синглетного кислорода. Раковые клетки облучаются светом, имеющим длину волны 1,27 мкм. Молекулы синглетного кислорода излучают свет ближней инфракрасной области спектра (далее называемый излучением на длине волны 1,27 мкм или излучением на длине волны 1,27 микрометра) с длиной волны 1,27 мкм. Более конкретно, молекула синглетного кислорода имеет спектр излучения, включающий в себя десятки линий излучения, каждая из которых имеет длину волны вблизи 1,268 мкм. Этот спектр соответствует спектру поглощения молекулы кислорода в основном состоянии. Другими словами, молекула кислорода в синглетном состоянии излучает фотон, соответствующий энергии ее возбужденного состояния, и молекула кислорода в основном состоянии сильно поглощает этот фотон. Сильное поглощение означает, что эффективное сечение поглощения является относительно большим. Таким образом, посредством облучения периферии раковых клеток излучением с длиной волны 1,27 мкм, растворенный кислород, существующий вблизи раковых клеток, эффективно возбуждается и переходит в синглетное состояние.
2
g
g
2
1
1
3
16
-1
Непатентная литература 2 («The Einstein coefficient for spontaneous emission of the О (аΔ) state», Geophysical Research Letters, том 22, № 11, стр. 1381-1384, 1995) и 3 («Intensities of lines in the band a Δ (v' = 0) -X Σg- (v" = 0) of O in absorption» Spectrochimica Acta, том 48 A, № 9, стр. 1227 -1230, 1992) описывают линии поглощения молекулы кислорода. В Непатентной литературе 3, линии поглощения имеют волновое число 788373-792080 м, которое соответствует длине волны от 1,2625 до 1,2684 мкм. Причина существования большого числа линий поглощения в молекулах кислорода состоит в том, что как в основном, так и в синглетном состояниях молекул кислорода, их электронные состояния разделены на большое число вращательных уровней вследствие двухатомной природы молекулы кислорода.
В частности, посредством использования лазерного луча, генерируемого из молекулы кислорода, в качестве излучения на длине волны 1,27 мкм, вместо света спонтанного излучения, может быть улучшено свойство конденсирования света, конденсируемого конденсорной линзой. Таким образом, свет получает возможность легко входить в оптическое волокно, и становится возможной гибкая передача с использованием оптического волокна. Это позволяет использовать оптическое волокно в оптической системе, и, таким образом, может быть реализована гибкая передача. Например, Непатентная литература 4 («Possible high energy laser at 1.27 um», Applied Optics, том 17, № 20, стр. 3276-3283, 1978), Непатентная литература 5 («Chemically Pumped O2(a-X) Laser», Applied Physics B, том 56, стр. 71-78, 1993) и Непатентная литература 6 («New concepts of realizing a chemical oxygen laser», Proceedings of SPIE, том 9251, стр. 9251X-1-9251X-15, 2014) описывают лазер на молекулах кислорода.
Синглетный кислород, в качестве источника излучения на длине волны 1,27 мкм, может быть сгенерирован посредством разряда кислорода, такого как тихий разряд или СВЧ-разряд, но предпочтительно генерируется посредством химической реакции раствора основного пероксида водорода (Basic Hydrogen Peroxide - BHP) и газообразного хлора. Раствор BHP является раствором щелочного раствора, такого как гидроксид калия, смешанным с раствором пероксида водорода.
Причина использования вышеупомянутой химической реакции состоит в том, что большое количество химических веществ, подготовленных заранее, может одномоментно вступать в реакцию, и, таким образом, можно легко увеличить мощность излучения на длине волны 1,27 мкм. Когда получают мощное излучение на длине волны 1,27 мкм, лечение может быть осуществлено за короткое время. Альтернативно, посредством разветвления излучения на длине волны 1,27 мкм на множественные лучи, можно не только сократить время лечения, но и одновременно лечить множественных пациентов.
Как описано выше, трудно эффективно генерировать лазерный свет, имеющий длину волны, которая соответствует линии поглощения молекул кислорода на длине волны 1,27 мкм, посредством лазерного устройства, отличного от лазера на молекулах кислорода. Таким образом, в настоящем варианте осуществления предпочтительно использовать лазер на молекулах кислорода в качестве источника света для излучения на длине волны 1,27 мкм. Однако, вместо лазера на молекулах кислорода, в качестве источника излучения на длине волны 1,27 мкм может быть использовано усиленное спонтанное излучение (amplified spontaneous emission - ASE). ASE означает усиленное спонтанное излучение. Например, посредством заполнения удлиненной области молекулами синглетного кислорода, генерируемыми на основе химической реакции, описанной выше, может быть использовано усиленное спонтанное излучение, излучаемое в продольном направлении этой области.
Усиленное спонтанное излучение, упомянутое в настоящем раскрытии, выполнено с возможностью обеспечивать мощное излучение только в конкретном направлении, в отличие от света спонтанного излучения, который испускает излучение изотропно во всех направлениях. Согласно этому способу, существует случай, когда спонтанное излучение, генерируемое внутри резонатора лазера, возвращается, когда его заставляют проходить на одно из двух отражающих зеркал, и затем оно сталкивается с молекулами синглетного кислорода для излучения вынужденного излучения.
Настоящее изобретение обеспечивает систему для лечения рака, использующую источник света, который может эффективно генерировать синглетный кислород.
Вышеупомянутые и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более понятны из подробного описания, приведенного здесь ниже, и сопутствующих чертежей, которые приведены только в качестве иллюстрации и не должны считаться ограничением настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 является схематическим изображением, показывающим устройство для лечения рака согласно Варианту 1 осуществления;
Фиг. 2 является графиком, показывающим проницаемость кожи;
Фиг. 3 является схематическим изображением, показывающим конфигурацию лазера на молекулах кислорода;
Фиг. 4 является поперечным сечением, схематически показывающим конфигурацию генератора возбужденного кислорода, используемого в лазере на молекулах кислорода;
Фиг. 5 является схематическим изображением, показывающим устройство для лечения рака согласно Варианту 2 осуществления;
Фиг. 6 является схематическим изображением, показывающим конфигурацию генератора усиленного света спонтанного излучения;
Фиг. 7 является схематическим изображением, показывающим конфигурацию генератора усиленного света спонтанного излучения согласно третьему варианту осуществления;
Фиг. 8 является поперечным сечением, схематически показывающим конфигурацию генератора усиленного света спонтанного излучения согласно третьему варианту осуществления; и
Фиг. 9 является общим видом, схематически показывающим конфигурацию генератора усиленного света спонтанного излучения согласно четвертому варианту осуществления.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения объясняются со ссылкой на прилагаемые чертежи. Иллюстративные варианты осуществления, объясняемые ниже, являются примерами настоящего изобретения, и настоящее изобретение не ограничено этими иллюстративными вариантами осуществления. Следует отметить, что компоненты, обозначенные одинаковыми ссылочными позициями в описании изобретения и чертежах, являются одинаковыми компонентами.
Первый вариант осуществления
Далее на основе фиг. 1 описывается первый вариант осуществления согласно настоящему изобретению. Фиг. 1 является структурной схемой, показывающей систему 100 для лечения рака согласно настоящему изобретению. Система 100 для лечения рака имеет лазер 101 на кислороде, из которого выходит лазерный луч L1. Лазер 101 на кислороде является источником света для генерирования лазерного луча L1, имеющего длину волны 1,27 мкм. Лазер 101 на кислороде размещают снаружи пациента. Лазерный луч L1, излучаемый из лазера 101 на кислороде, проходит на фокусирующую линзу 102, которая фокусирует лазерный луч L1 во входной конец оптического волокна 106. Соответственно, лазерный луч L1 падает на оптическое волокно 106, изготовленное из кварца. После распространения лазерного луча L1 в оптическом волокне 106, лазерный луч выходит из выходного конца оптического волокна 106, который расположен вблизи пациента, подлежащего лечению.
Лазерный луч L2, излучаемый из оптического волокна 106, распространяется с расширением и входит в фокусирующую линзу 103а. Диаметр лазерного луча L2 увеличивается до около нескольких сантиметров, и он становится лазерным лучом L3. После прохождения лазерного луча L3 через фокусирующую линзу 103b, он становится фокусирующимся лучом L4.
Фокусирующая линза 103b расположена вблизи кожи 104 пациента. Фокусирующийся луч L4, фокусируемый фокусирующей линзой 103b, падает на кожу 104 сразу за фокусирующей линзой 103b, размещенной вблизи кожи пациента. Поскольку диаметр фокусирующегося луча L4 на коже составляет несколько сантиметров, интенсивность луча низка. После прохождения лазерного луча (лазерного луча L5) через кожу, он наиболее сильно фокусируется у раковой клетки 105. Лазерный луч L5 падает на раковую клетку через кожу 104. В результате, множественные растворенные молекулы кислорода возбуждаются и становятся активным кислородом (синглетным кислородом). Сходящийся луч L5 падает на раковую клетку 105. Активный кислород затем убивает раковую клетку 105.
Фиг. 2 показывает удельный коэффициент пропускания человеческой кожи. Фиг. 2 описана в Непатентной литературе 9 («Spectral radiative properties of a living human body», International Journal of Thermophysics, том 7, стр. 1101-1113, 1986). Как показано на фиг. 2, излучение на длине волны 1,27 мкм имеет относительно высокий удельный коэффициент пропускания. В результате, оно глубоко проникает в человеческую кожу. Как упомянуто выше, интенсивность луча перед тем, как он достигнет раковой клетки 105, может быть низкой. Это позволяет уменьшить количество активного кислорода на пути от кожи до раковой клетки.
Лазер 101 на кислороде объясняется со ссылкой на фиг. 3. Лазер 101 на кислороде имеет резонатор 110 лазера и генератор 120 синглетного кислорода (singlet oxygen generator - SOG). Резонатор 110 лазера и корпус 111 SOG размещены вблизи друг друга. Корпус 111 SOG расположен прямо под резонатором 110 лазера. Ось резонатора 110 лазера (горизонтальное направление на фиг. 3) параллельна продольному направлению корпуса 111 SOG.
Множество поворотных дисков 125 обеспечено в корпусе 111. Поворотные диски 125 могут поворачиваться вокруг оси 126 поворота. Направление оси 126 поворота параллельно продольному направлению корпуса 111 SOG. Множественные поворотные диски размещены параллельно друг другу. Множественные поворотные диски размещены вдоль продольного направления. Подробности SOG, включающего в себя корпус 111 SOG, объяснены ниже.
Зеркало 112 полного отражения прикреплено к одному концу резонатора 110 лазера. Выходное зеркало 113 прикреплено к другому концу резонатора 110 лазера. Зеркало 112 полного отражения имеет коэффициент отражения 99,9% на длине волны 1,27 мкм. Выходное зеркало 113 имеет коэффициент отражения 99,0% на длине волны 1,27 мкм. Лазерный луч L1 выходит из выходного зеркала 113 в направлении выхода (в направлении вправо). Вакуумный насос 114 соединен с резонатором 110 лазера через клапан 115.
Перед лазерной операцией резонатор 110 лазера откачивают вакуумным насосом 114. Для начала лазерной генерации, клапан 115 закрывают. Синглетный кислород генерируется в корпусе 111 SOG, и затем резонатор лазера заполняется синглетным кислородом. Это увеличивает давление синглетного кислорода в резонаторе лазера. Когда это давление достигает порогового значения, импульсный лазерный луч L1 выходит из выходного зеркала 113. После окончания лазерной генерации, клапан 115 открывают. Вакуумный насос затем откачивает резонатор 110 лазера для подготовки к следующей лазерной операции.
Внутренняя часть SOG 120 объясняется со ссылкой на фиг. 4. Фиг. 4 является чертежом поперечного сечения SOG 120. Фиг. 4 показывает плоскость поперечного сечения, перпендикулярную оптической оси резонатора 110 лазера. А именно, фиг. 4 показывает плоскость поперечного сечения, перпендикулярную продольному направлению корпуса 111 SOG.
SOG 120 имеет резервуар 123 BHP. Пероксид 121 водорода и гидроксид 122 калия подаются в резервуар 123 BHP и затем смешиваются для образования раствора 123а BHP в резервуаре 123 BHP. Раствор 123а BHP является необходимым химическим раствором для обеспечения химической реакции для генерирования синглетного кислорода. Таким образом, раствор 123а BHP хранится в резервуаре 123 BHP до лазерной операции.
Раствор 123а BHP подается из резервуара 123 BHP в корпус 111 SOG через трубопровод 124 подачи. Корпус 111 SOG хранит раствор 123а BHP. Корпус 111 SOG имеет цилиндрическую форму, причем его продольное направление перпендикулярно этому чертежу. Множество поворотных дисков 125 расположено в корпусе 111 SOG (см. фиг. 3). Ось 126 поворота расположена в центре поворотных дисков 125.
Перед химической реакцией, поворотные диски 125 в корпусе 111 SOG поворачиваются в направлении, указанном стрелкой В. Таким образом, раствор 123b BHP прилипает ко всей поверхности поворотных дисков 125.
Цилиндр 127 газообразного хлора соединен с корпусом 111 SOG через клапан 128. Цилиндр 127 газообразного хлора заполнен газообразным хлором 127а. Газообразный хлор 127а является газом, необходимым для обеспечения химической реакции. Таким образом, газообразный хлор 127а хранится в цилиндре 127 газообразного хлора до лазерной операции.
Для генерирования синглетного кислорода, клапан 128 открывают. Затем газообразный хлор 127а подается в корпус 111 SOG. В результате раствор 123b BHP на поверхности поворотных дисков 125 начинает вступать в реакцию с газообразным хлором 127а. Эта химическая реакция генерирует синглетный кислород.
Корпус 111 SOG соединен с резонатором 110 лазера через трубопровод 129. Синглетный кислород, генерируемый в корпусе 111 SOG, подается в резонатор 110 лазера, как указано стрелкой А. Когда давление синглетного кислорода, заполняющего резонатор 110 лазера, превышает пороговое значение, начинается лазерная генерация. Затем, лазерный луч L1 выходит из резонатора 110 лазера, как показано на фиг. 3. Раствор 123b BHP, используемый в химической реакции, отводится затем из отводного трубопровода 130.
Посредством использования лазера 101 на кислороде в качестве источника излучения, можно эффективно генерировать излучение на длине волны 1,27 мкм. Лазер 101 на кислороде создает лазерный луч L1 на основе вынужденного излучения синглетного кислорода. Посредством использования лазерного излучения, излучаемого синглетным кислородом, можно эффективно лечить рак. Поскольку линии излучения синглетного кислорода точно соответствуют линиям поглощения кислорода в основном состоянии, можно эффективно лечить рак.
Второй вариант осуществления
Второй вариант осуществления согласно настоящему изобретению будет описан со ссылкой на фиг. 5. Фиг. 5 является изображением системы 200 для лечения рака во втором варианте осуществления. Система 200 для лечения рака использует генератор 210 усиленного спонтанного излучения (ASE), вместо резонатора 110 лазера первого варианта осуществления, в качестве источника излучения. Поскольку усиленное спонтанное излучение имеет худшую характеристику фокусировки, чем характеристика фокусировки лазерного излучения, доставка мощности с использованием оптического волокна затруднительна. Таким образом, оптика системы 200 для лечения рака отлична от оптики системы 100 для лечения рака в первом варианте осуществления. Конкретно, оптическое волокно в этой системе не используется.
Генератор 210 ASE является источником для генерирования излучения на длине волны 1,27 мкм. Усиленное спонтанное излучение ASE, выходящее из генератора 210 ASE, распространяется с расширением по направлению к зеркалу 202. Усиленное спонтанное излучение ASE входит в зеркало 202. Зеркало 202 размещают над пораженной частью тела пациента. Усиленное спонтанное излучение ASE отражается вниз зеркалом 202. Усиленное спонтанное излучение ASE, отражаемое зеркалом 202, распространяется по направлению к пораженной части тела. Усиленное спонтанное излучение ASE, отражаемое зеркалом 202, фокусируется линзой 203. Усиленное спонтанное излучение ASE становится сходящимся лучом, и затем сходящееся усиленное спонтанное излучение ASE распространяется к коже 104 пациента. Сходящееся усиленное спонтанное излучение ASE проходит через кожу 104 и фокусируется около раковой клетки 105. В результате, множественные растворенные молекулы кислорода возбуждаются и становятся активным кислородом (синглетным кислородом). Затем активный кислород убивает раковую клетку 105.
Конфигурация генератора 210 ASE объясняется со ссылкой на фиг. 6. Генератор 210 ASE имеет SOG 250 и металлический трубопровод 212. SOG 250 имеет корпус 251 SOG, поворотные диски 255 и ось 256 поворота. Корпус 251 SOG, поворотные диски 255 и ось 256 поворота соответствуют корпусу 111 SOG, поворотным дискам 125 и оси 126 поворота, показанным на фиг. 3 и фиг. 4, соответственно. Поскольку конфигурация SOG 250 является такой же, как конфигурация SOG 120, показанного в первом варианте осуществления, ее объяснение опущено. А именно, SOG 250 имеет такую же конструктивную конфигурацию, как конструктивная конфигурация SOG 120. Таким образом, подача раствора BHP и газообразного хлора на фиг. 6 не показана.
Длинный, узкий, металлический трубопровод 212 расположен непосредственно над SOG 250. Металлический трубопровод 212 является цилиндрическим контейнером. Горизонтальное направление фиг. 6 соответствует продольному направлению (осевому направлению) металлического трубопровода 212. Синглетный кислород, генерируемый в SOG 250, подается в металлический трубопровод 212 до тех пор, пока не наполнит его.
Металлический трубопровод 212 изготовлен из нержавеющей стали (SUS316). Внутренняя поверхность металлического трубопровода 212 электрохимически отполирована. Металлический трубопровод 212 с электрополированной поверхностью обычно называется EP-трубкой. Высокоотражающее зеркало 213 обеспечено на одном конце металлического трубопровода 212, и окно 214 обеспечено на другом конце металлического трубопровода 212.
Высокоотражающее зеркало 213 имеет коэффициент отражения около 99,9% на длине волны 1,27 мкм. Окно 214 изготовлено из прозрачного кварцевого стекла. Окно 214 пропускает излучение на длине волны 1,27 мкм.
Синглетный кислород в металлическом трубопроводе 212 создает спонтанное излучение во всех направлениях. Однако некоторые части спонтанного излучения отражаются высокоотражающим зеркалом 213 и, таким образом, проходят по направлению к окну 214. Таким образом, мощность излучения, распространяющегося по направлению к окну 214 (направление вправо на фиг. 6), увеличивается. В результате, спонтанное излучение, выходящее из окна 214, становится усиленным спонтанным излучением ASE.
Вакуумный насос 216 соединен с металлическим трубопроводом 212 через клапан 215. После выхода усиленного спонтанного излучения ASE, клапан 215 открывается. Затем, внутренняя часть металлического трубопровода 212 откачивается для следующей операции. Клапан 215 может оставаться открытым во время этой операции. В этом случае, усиленное спонтанное излучение ASE выходит непрерывно, хотя его мощность низка.
Причина использования электрополированного трубопровода в качестве металлического трубопровода 212 объяснена ниже. Синглетный кислород внутри металлического трубопровода 212 создает спонтанное излучение во всех направлениях. А именно, излучение на длине волны 1,27 мкм излучается во всех направлениях. Таким образом, некоторые части спонтанного излучения распространяются по направлению к внутренней боковой поверхности металлического трубопровода 212. Спонтанное излучение отражается на внутренней боковой поверхности металлического трубопровода 212. В результате, отраженное излучение может быть поглощено кислородом в основном состоянии. Тогда кислород может быть возбужден и может стать синглетным кислородом. Это означает, что спонтанное излучение, распространяющееся по направлению к внутренней боковой поверхности металлического трубопровода 312, может быть использовано для генерирования синглетного кислорода. Таким образом, спонтанное излучение, распространяющееся по направлению к окну 214, может быть усилено. Спонтанное излучение становится усиленным спонтанным излучением ASE, и усиленное спонтанное излучение ASE может выходить из окна 214.
Третий вариант осуществления
В третьем варианте осуществления, генератор ASE имеет конфигурацию, отличную от конфигурации генератора 210 ASE согласно второму варианту осуществления. В третьем варианте осуществления, системная конфигурация, отличная от генератора ASE, является такой же, как системная конфигурация второго варианта осуществления, и ее объяснение, таким образом, будет опущено. Генератор 220 ASE согласно третьему варианту осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 7 и 8. Фиг. 7 показывает генератор 220 ASE в поперечном сечении вдоль осевого направления генератора 220 ASE. Фиг. 8 показывает генератор 220 ASE в поперечном сечении вдоль плоскости, перпендикулярной осевому направлению генератора 220 ASE.
Как показано на фиг. 7, генератор 220 ASE включает в себя трубопровод 221 из кварцевого стекла, электроды 224a - 224c, электроды 225a - 225c, электрические провода 226a - 226c, и электрические провода 227a - 227c. В этом варианте осуществления, SOG в системе не используется. Генератор 220 ASE является источником излучения для создания излучения на длине волны 1,27 мкм.
Как показано на фиг. 7, три набора электродов 224a - 224c и электрических проводов 226a - 226c расположены последовательно. Электроды 224a - 224c и электрические провода 226a - 226c показаны вместе как электрод 224 и электрический провод 226, соответственно, на фиг. 8. Например, электрод 224а соединен с электрическим проводом 226а. Электрод 224b соединен с электрическим проводом 226b. Электрод 224с соединен с электрическим проводом 226с. Подобным образом, три набора электродов 225a - 225c и электрических проводов 227a - 227c расположены последовательно. Электроды 225a - 225c и электрические провода 227a - 227c показаны вместе как электрод 225 и электрический провод 227, соответственно, на фиг. 8.
Трубопровод 221 из кварцевого стекла является цилиндрическим контейнером. Продольное направление (осевое направление) трубопровода 221 из кварцевого стекла параллельно направлению выхода излучения. Внутренняя часть трубопровода 221 из кварцевого стекла заполнена кислородом 221а. Синглетный кислород генерируется из внутреннего кислорода 221а посредством тихого разряда.
Электрод 224 и электрод 225 контактируют с внешней поверхностью трубопровода 221 из кварцевого стекла. Три электрода 224a - 224c расположены вдоль продольного направления трубопровода 221 из кварцевого стекла. Электроды 224a - 224c находятся на расстоянии друг от друга и расположены в ряд. Подобным образом, три электрода 225a - 225c расположены вдоль продольного направления трубопровода 221 из кварцевого стекла. Электроды 225a - 225c находятся на расстоянии друг от друга и расположены в ряд.
Электрод 224 и электрод 225 противоположны друг другу, причем трубопровод 221 из кварцевого стекла размещен между ними. А именно, электроды 224 расположены непосредственно над трубопроводом 221 из кварцевого стекла, и электроды 225 расположены непосредственно под трубопроводом 221 из кварцевого стекла. Положение и длина электрода 224a являются такими же, как положение и длина электрода 225а.
Электроды 224 соединены с высокочастотным источником 228 электропитания через электрические провода 226. Электроды 225 соединены с высокочастотным источником 228 электропитания через электрические провода 227. Высокочастотный источник 228 электропитания создает импульсное высокое напряжение с частотой около 10 кГц. Высокочастотный источник 228 электропитания подает высокочастотное напряжение на электроды 224 и электроды 225. Высокочастотное напряжение, прикладываемое к электродам 224 и электродам 225, генерирует разряд молекул кислорода. Затем, кислород возбуждается разрядом, и генерируется синглетный кислород.
Изолятор 229а и изолятор 229b контактируют с внешней поверхностью трубопровода 221 из кварцевого стекла. Изолятор 229а и изолятор 229b могут подавлять поверхностный разряд между электродом 224 и электродом 225. Изолятор 229а и изолятор 229b расположены между электродом 224 и электродом 225 в круговом направлении трубопровода 221 из кварцевого стекла. Изолятор 229а расположен слева от трубопровода 221 из кварцевого стекла, и изолятор 229b расположен справа от трубопровода 221 из кварцевого стекла, как показано на фиг. 8.
Электрод 224, изолятор 229а, электрод 225 и изолятор 229b расположены в этом порядке в круговом направлении трубопровода 221 из кварцевого стекла.
Изолятор 229а и изолятор 229b расположены на внешней поверхности трубопровода 221 из кварцевого стекла. Это позволяет подавить поверхностный разряд, генерируемый вдоль боковой поверхности трубопровода 221 из кварцевого стекла. В отличие от электрода 225 и электрода 226, изолятор 229а и изолятор 229b не разделены на три части. Изолятор 229а и изолятор 229b закреплены на всей поверхности трубопровода 221 из кварцевого стекла в продольном направлении. А именно, изолятор 229а, в виде единой длинной части, закреплен на боковой поверхности трубопровода 221 из кварцевого стекла.
Высокоотражающее зеркало 222 прикреплено к одному концу трубопровода 221 из кварцевого стекла. Окно 223 прикреплено к другому концу трубопровода 221 из кварцевого стекла. Окно 223 изготовлено из кварцевого стекла, которое может пропускать излучение на длине волны 1,27 мкм. Это обеспечивает возможность выхода излучения на длине волны 1,27 мкм из окна 223. Таким образом, усиленное спонтанное излучение ASE генерируется посредством разряда кислорода и выходит из окна 223.
Диэлектрическое многослойное покрытие обеспечено на внутренней поверхности трубопровода 221 из кварцевого стекла. Диэлектрическое многослойное покрытие имеет высокий коэффициент отражения на длине волны 1,27 мкм. Это позволяет подавить прохождение излучения на длине волны 1,27 мкм из спонтанного излучения на длине волны 1,27 мкм через боковую поверхность трубопровода 221 из кварцевого стекла. В краткой форме, многослойное покрытие имеет ту же функцию, что и металлический трубопровод 212, показанный на фиг. 5. Конкретно, среди спонтанных излучений, излучаемых во всех направлениях, усиливаются те, которые имеют направление распространения к окну 223. В результате получают усиленное спонтанное излучение ASE.
Четвертый вариант осуществления
В четвертом варианте осуществления, конфигурация генератора ASE отлична от конфигураций генератора ASE второго и третьего вариантов осуществления. Генератор ASE согласно этому варианту осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 9. Фиг. 9 является перспективным изображением генератора 230 ASE. Генератор 230 ASE генерирует синглетный кислород посредством волн сверхвысоких частот (СВЧ).
Генератор 230 ASE имеет источник 231 электропитания, СВЧ-генератор 232, волновод 233а, изолятор 234, волновод 233b, настроечное устройство 235, сужающийся волновод 236, и трубопровод 237 из кварцевого стекла. Генератор 230 ASE является источником излучения для генерирования излучения на длине волны 1,27 мкм.
Источник 231 электропитания подает управляющее напряжение на СВЧ-генератор 232. СВЧ-генератор 232 генерирует СВЧ-волны. СВЧ-волны, генерируемые в СВЧ-генераторе 232, передаются в изолятор 234 через волновод 233а. СВЧ-волны из изолятора 234 передаются в настроечное устройство 235 через волновод 233b. СВЧ-волны из настроечного устройства 235 передаются в сужающийся волновод 236 через волновод 233с.
Выходной конец сужающегося волновода 236 соединен с трубопроводом 237 из кварцевого стекла. Ширина сужающегося волновода 236 постепенно увеличивается по направлению к выходному концу. Трубопровод 237 из кварцевого стекла является цилиндром, подобным трубопроводу 221 из кварцевого стекла, показанному в третьем варианте осуществления. Поскольку сужающийся волновод 236 имеет увеличивающуюся ширину по направлению к выходному концу в продольном направлении (оси) трубопровода 237 из кварцевого стекла, СВЧ-волны из сужающегося волновода 236 обеспечиваются для всей площади трубопровода 237 из кварцевого стекла в продольном направлении.
Трубопровод 237 из кварцевого стекла является контейнером, заполненным кислородом. Когда СВЧ-волны обеспечиваются из сужающегося волновода 236, происходит разряд кислорода. В результате, подобно случаю третьего варианта осуществления, генерируется синглетный кислород.
Трубопровод 237 из кварцевого стекла имеет конфигурацию, подобную конфигурации трубопровода 221 из кварцевого стекла, показанного в третьем варианте осуществления. Например, высокоотражающее зеркало 238 прикреплено к одному концу трубопровода 237 из кварцевого стекла. Окно 239 прикреплено к другому концу трубопровода 237 из кварцевого стекла. Окно 239 изготовлено из кварцевого стекла. Излучение на длине волны 1,27 мкм может проходить через окно 239.
Высокоотражающее зеркало 238 имеет высокий коэффициент отражения на длине волны 1,27 мкм. Таким образом, спонтанное излучение синглетного кислорода, генерируемого в трубопроводе 237 из кварцевого стекла, усиливается вдоль продольного направления трубопровода 237 из кварцевого стекла.
В результате, усиленное спонтанное излучение ASE с длиной волны 1,27 мкм выходит из окна 239.
Преимуществом этого варианта осуществления является использование СВЧ-волн с высокой выходной мощностью. Поскольку СВЧ-волны используются в радиолокации, они могут быть легко сгенерированы с высокой мощностью. Таким образом, может быть получено мощное усиленное спонтанное излучение ASE.
В системах для лечения рака согласно вариантам 1-4 осуществления генерируется мощное излучение на длине волны 1,27 мкм. Поскольку свет на длине волны 1,27 мкм имеет высокий удельный коэффициент пропускания для человеческой кожи, он эффективно лечит не только рак кожи и рак желудка, которые находятся вблизи кожи, но и другие типы рака, которые находятся глубоко внутри тела.
В вышеупомянутых вариантах 2-4 осуществления, в качестве излучения используется усиленное спонтанное излучение ASE. Оно позволяет эффективно создавать излучение на длине волны 1,27 мкм. Использование излучения на длине волны 1,27 мкм от синглетного кислорода позволяет эффективно убивать раковые клетки. Поскольку спектры линий излучения синглетного кислорода соответствуют спектрам линий поглощения кислорода в основном состоянии, раковые клетки могут быть эффективно убиты.
В случае использования ASE в качестве излучения для лечения, окно 214, 223 или 239 может быть размещено вблизи пораженной части тела пациента. Это позволяет использовать выходное излучение, которое расширяется под большим углом от окна.
В вышеупомянутых вариантах осуществления, настоящая система для лечения рака и гипербарическая оксигенация предпочтительно используются одновременно. Более конкретно, можно получить высокую эффективность лечения посредством использования этой системы для лечения рака при осуществлении гипербарической оксигенации, когда пораженная часть тела является большой. Гипербарическая оксигенация является видом лечения, в котором основанное-на-кислороде антимикробное действие усиливается посредством увеличения концентрации растворенного кислорода в крови пациента, что реализуется посредством помещения пациента под давление воздуха около 2 атм. Когда пораженная часть тела облучается излучением на длине волны 1,27 мкм системы для лечения рака под высоким давлением воздуха, например, 2 атм, больше синглетного кислорода генерируется из-за большего числа молекул кислорода в крови пациента. Это существенно увеличивает эффективность умерщвления раковых клеток.
Некоторые или все вышеупомянутые варианты осуществления могут быть объединены при необходимости специалистами в данной области техники. В то время как настоящее изобретение было конкретно показано и описано со ссылкой на его иллюстративные варианты осуществления, настоящее изобретение включает в себя различные модификации, которые оказывают положительное влияние на цель и преимущества настоящего изобретения, и не ограничено этими иллюстративными вариантами осуществления.
Таким образом, из описания изобретения понятно, что варианты осуществления настоящего изобретения могут быть изменены многими путями. Такие изменения не следует считать выходом за пределы сущности и объема настоящего изобретения, и предполагается, что все такие модификации, понятные специалистам в данной области техники, включены в объем нижеследующей формулы изобретения.