Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Projekts war die Entwicklung einer neuartigen quecksilberfreien Excimer-UV-Lichtquelle mit Mikrowellen-Anregung f\u00fcr medizinische Einsatzgebiete mit mindestens gleicher oder besserer Wirksamkeit als die bisher bei der UV-Therapie ausschlie\u00dflich eingesetzten quecksilberhaltige Strahler. Bisherige Lampen altern sehr schnell, so dass bereits nach 50 – 60 Betriebsstunden ein Tausch der Strahler erfolgt, die als Sonderm\u00fcll entsorgt werden m\u00fcssen.
\nEs sollten Hochleistungs-Strahlungsquellen mit definiertem, auf den Anwendungsbereich optimierten Wellenl\u00e4ngenspektrum entwickelt werden. Diese k\u00f6nnen in unterschiedlichen Anwendungsgebieten zum Einsatz kommen, das Projekt zielt auf einen medizinischen Ersteinsatz in der Bestrahlungstherapie.
\nSch\u00e4tzungen gehen davon aus, dass in Deutschland \u00fcber 4 Mio. Patienten an Neurodermitis erkrankt sind. Allein in diesem Anwendungsbereich kann eine Substitution quecksilberhaltiger Strahler bereits deutliche Umweltentlastungen bewirken.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenUm das Projektziel zu erreichen, waren folgende Arbeitsschritte vorgesehen:
\n–\tModelluntersuchungen der verschiedenen Teilentladungsphasen,
\n–\tErmittlung von Resonanzfrequenzen,
\n–\tBestimmung der auftretenden Moden,
\n–\tErstellung eines W\u00e4rmetransfermodells und einer Energiebilanz,
\n–\tAnalyse der Potentialverl\u00e4ufe, Untersuchungen zur Eignung von Excimeren,
\n–\tOptimierung des Plasmaverhaltens,
\n–\tVersuchsaufbau und Testbetrieb,
\n–\tEntwicklung eines Systems zur Patientenk\u00fchlung,
\n–\tAufbau und Test des Labormodells.
\nDie therapeutisch nutzbare Strahlung sollte durch elektrodenlose Einkoppelung eines Mikrowellenfeldes in ein Plasma in einem Entladungsgef\u00e4\u00df erzeugt werden. Neben der Optimierung von Mikrowellenerzeugung, Entladungsgef\u00e4\u00df und dessen Gasf\u00fcllung waren auch die Energiequelle, deren Stromversorgung sowie Steuerung und Regelung zu entwickeln.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Es wurden unterschiedliche Resonatoren zur Verbesserung der Einkopplungsdichte untersucht. Hierbei ergaben sich bei niedrigen Einkopplungsfrequenzen starke Feldgradienten. Dar\u00fcber hinaus wurden r\u00e4umliche Instabilit\u00e4ten der Entladung festgestellt. Hierbei ist die Energie der in der Gasentladung enthaltenen Elektronen und damit auch die Emission der Gasteilchen im Bereich der Wandfl\u00e4chen des Rohres gr\u00f6\u00dfer und nimmt zur Mitte, also zur optischen Achse hin, ab. Diese Wirkung konnte bei Entladungsgef\u00e4\u00dfen kleinern Durchmessers vermindert werden , jedoch stieg hierdurch der mechanische Justageaufwand. Durch \u00c4nderungen des Resonatork\u00e4figs wurde die Hochdruckgasentladung im mittleren Bereich des Resonatorgasvolumens stabilisiert, so dass bei kleinen Druck- und Leistungsschwankungen die r\u00e4umliche und zeitliche Stabilit\u00e4t der Hochdruckgasentladung verbessert werden konnte. Der Pulsstrom war w\u00e4hrend der Pulsdauer durch nahezu konstanten Drosselstrom gekennzeichnet. (Rechtecksignale).
\nDie 25 cm langen Gasampullen, in denen unterschiedliche Gaszusammensetzungen und Konzentrationen bzw. Gasdr\u00fccke zum Einsatz kamen, hatten einen Durchmesser von ca. 13 mm.
\nSie wurden zentralaxial in einem Resonatorzylinder mit ausreichenden Wandabstand platziert; so war eine K\u00fchlung durch einen seitlichen Luftstrom m\u00f6glich.
\nDie W\u00e4rmeleitung im Plasma und die spezifische W\u00e4rmekapazit\u00e4t spielten eine entscheidende Rolle. W\u00e4hrend Quecksilberdampf unterhalb ca. 6000 K eine ann\u00e4hernd konstante W\u00e4rmekapazit\u00e4t aufwies, zeigten z. B. Plasmen mit Metall-Halogen-Dotierungen sehr starke Temperaturabh\u00e4ngigkeiten. Durch die Dotierung entstand ein Molek\u00fclmantel im Randbereich mit sehr hoher thermischer Tr\u00e4gheit, der bei Puls\u00fcberlagerung zu einem steileren Temperaturprofil f\u00fchrte. Hierdurch erkl\u00e4rten sich verschiedene Br\u00fcche von Entladungsgef\u00e4\u00dfen unter Impulslast. Der Frequenzbereich wurde so gew\u00e4hlt, dass alle Hochdrucklampen sicher und ohne akustische Resonanzerscheinungen betrieben werden konnten.
\nBei einer Excimer-UV-Lichtquelle wird die Ladung eines auf eine hohe Spannung aufgeladenen Kondensators mit hoher Geschwindigkeit \u00fcber einen Magnetkompressor zu einem Entladungsrohr entladen, wodurch Lichtemission angeregt wird. Die Tauglichkeit eines Impulsstrahlers ist umso gr\u00f6\u00dfer, je h\u00f6her die Anzahl von Lichtanregungen ist, d. h. je h\u00f6her die Anzahl der Wiederholungen des Ladens und Entladens des energiespeichernden Kondensators ist. Aus diesem Grund wurden Versuche unternommen, eine hohe Wiederholungsfrequenz erreichen.
\nBei den untersuchten Hochdruckstrahlern waren die Strahlungsprozesse entscheidend von der Plasmatemperatur abh\u00e4ngig. Damit war die sich im Verlauf eines Pulses einstellende Temperaturverteilung und insbesondere die Achsentemperatur von Bedeutung. Eine erh\u00f6hte Pulsleistung f\u00fchrte erst nach zeitlicher Verz\u00f6gerung zu einer erh\u00f6hten Strahlungsleistung, da die Plasmatemperatur aufgrund der thermischen Tr\u00e4gheit des Plasmas der Pulsleistung verz\u00f6gert folgt.
\nSo weist der Verlauf der Strahlungsleistung gegen\u00fcber dem Leistungspuls eine Verz\u00f6gerung von ca. 200 \u00b5s auf. Deshalb f\u00fchren sehr kurze Pulse nicht zu denselben Strahlungseigenschaften wie l\u00e4ngere Pulsformen. Dies konnte durch zeitaufgel\u00f6ste Messungen nachgewiesen werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Projektergebnisse sind in Fachkreisen bekannt. Sie wurden auf Fachtagungen und Kongressen publiziert. Auch in den Medien wurde \u00fcber die UV-freie Bestrahlung bei Neurodermitis berichtet. Ver\u00f6ffentlichungen sind unter dem Suchbegriff Neurodermitis im Internet zug\u00e4nglich.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Der Einsatz von Quecksilber in Lichtquellen hat sich in den letzten Jahren nicht vermindert, sondern hat sogar zugenommen, dies f\u00fchrt zu Umweltgef\u00e4hrdungen bei Einsatz, Transport und Entsorgung.
\nIm Projekt ist es gelungen, ein quecksilberfreies Labormodell zu konstruieren, das den Anforderungen an ein Phototherapiesystem ohne hautsch\u00e4digende UV-Strahlung grunds\u00e4tzlich gerecht wird. Die oben benannten Arbeitspakete und die bestehenden Fragenstellungen konnten erfolgreich bearbeitet werden. \u00dcber die rein technischen Entwicklungsaufgaben f\u00fcr einen im Vergleich mit Quecksilberlampen konkurrenzf\u00e4higen UV-Strahler hinaus mussten die Anforderungen des Medizinproduktegesetzes beachtet werden, um ein zulassungsf\u00e4higes System zu entwickeln. Hier waren Sicherheitsaspekte bei hohen Z\u00fcnd-spannungen im kV-Bereich sowie eine m\u00f6gliche Strahlungsgef\u00e4hrdung bei Mikrowellen-Systemen zu be-achten. Noch zu l\u00f6sende Aufgaben beziehen sich auf die weitere Verbesserung des Labormodells, z. B. die Stabilisierung des Entladungsbogens. Weiter muss die klinische Effizienz eines Funktionsmusters er-fasst und bewertet werden.
\nDie Projektergebnisse werden in der OptoMed LichtKlinik AG, Homburg\/Saar in farbstofflaser\u00e4hnlichen Therapiesystemen genutzt, um nebenwirkungstr\u00e4chtige Behandlungen mit Kortisonpr\u00e4paraten, Immunmodulatoren und bei Langzeiteinsatz hautsch\u00e4digenden UV-Bestrahlungen zu ersetzen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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