CN110960806A - 用于术中放射治疗的施加器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于利用低能量X射线辐射进行术中放射治疗的施加器(1)，该施加器包括：施加器本体(5)；外表面(4)，该外表面具有周向外部面并具有远端(3)；接收装置(8)，该接收装置被布置在近端(2)处并且该施加器(1)可以通过该接收装置被紧固到X射线辐射装置(20)上；以及内凹槽(9)，该内凹槽在该近端(2)处具有开口，并且X射线辐射源(30，31)可插入该内凹槽中。该施加器(1)在其外表面(4)上具有固体多孔结构。该固体多孔结构形成连续的透气通道结构，并且为该施加器(1)的外表面(4)提供刚性形状，该通道结构以空气传导方式连接到施加器(1)的近端(2)。

Description

用于术中放射治疗的施加器

技术领域

本发明涉及一种用于利用低能量X射线辐射进行术中放射治疗的施加器。

背景技术

在术中放射治疗中，使用布置在辐照装置上的施加器。辐照装置包括带有用于施加器的附接点的X射线源。在附接点处布置有细长管，细长管的远端形成X射线源。电子束撞击布置在管的远端处的重金属靶，优选地为金靶，使得当电子束撞击重金属时产生X射线辐射。

在辐照装置的附接点处，布置了衬套形施加器，在该施加器的内部布置了带有X射线源的管。施加器由可透射线的材料制成，并且其外部几何形状上适于身体开口或适于手术形成的身体开口的形状。施加器可以根据身体开口的性质和大小来选择。根据具体情况，可以使用不同形状和大小的施加器。

施加器和被布置在施加器内部的X射线源可以被插入到患者的身体开口中。在那里，X射线源可以产生X射线辐射用于治疗目的，例如用于辐照肿瘤。由于施加器是侵入性的，即，被引入到身体的组织区域中，低能量辐射足以治疗身体组织。在这个应用中，低能X射线辐射被定义为通过具有至多100keV的动能的电子束撞击重金属靶(优选地金靶)产生的辐射。

为了实现均匀辐照和/或在X射线源的直接环境中避免X射线剂量局部过量，身体组织通过施加器保持与X射线源相距一定距离。

施加器在使用期间接触身体组织。因此，施加器必须在使用后被处置掉或被灭菌。在有限次数的再灭菌循环后，施加器最终不再可用并且必须被丢弃。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于术中放射治疗的改进的施加器，利用该施加器可以增加使用次数。

该目的通过一种具有下文所述的特征的设备来实现。该目的还通过下文所述的方法来实现。下文还描述了本发明的有利发展。

根据本发明，一种用于利用低能量X射线辐射进行术中放射治疗的施加器包括：施加器本体；外表面，该外表面具有周向外部面并具有远端；接收装置，该接收装置被布置在近端处并且该施加器可以利用该接收装置被紧固到X射线辐照装置上；以及内凹槽，该内凹槽在该近端处具有开口，并且X射线辐射源可插入该内凹槽中。

该施加器在其外表面上具有固体多孔结构，其中该固体多孔结构形成连续的透气通道结构，该透气通道结构以空气传导方式连接到施加器的近端。特别地，固体多孔结构为施加器的外表面提供了刚性形状。由此产生的精确定义的辐照几何形状允许非常精确地预测和指定作用在要治疗的身体组织上的辐射剂量。

施加器是用于利用低能量X射线辐射进行术中放射治疗的施加器的整形施加件。

外表面被定义为施加器本体在其周向区域上和其远端处的表面。该施加器本体的近端被设计用于紧固到X射线辐照装置上，并且出于这个原因，具有被构造为用于限定性地定位和固定在X射线辐照装置上的形状。当施加器被紧固到X射线辐照装置上时，近端的区域支承在X射线辐照装置上。这个支承区域不被视为外表面。

施加器具有内凹槽或空腔。该凹槽或空腔在近端处具有开口。施加器是衬套形的。因此，X射线辐射源可穿过施加器的近端处的开口插入到施加器的凹槽或空腔中。X射线辐射源包括管，在该管的远端处形成辐射源。辐射源因此被布置在施加器内部。

施加器在其外表面上具有固体多孔结构，其中，该固体多孔结构形成连续的透气通道结构，该透气通道结构以空气传导方式连接到施加器的近端，使得空气可以从整个外表面传导到施加器的近端。气流可以在两个方向上流动。空气可以被抽出或吹入通道结构中。

在本申请中，多孔结构被理解为设有孔、洞、通道或空腔的固体但透气的材料结构。孔、洞、通道或空腔以透气的方式相互连接，使得形成多个空气通道的分支系统，这些空气通道以空气传导方式连接到施加器的近端。以这样的方式，可以形成从外表面的每个区域到施加器的近端的气流。术语“孔隙率”被定义为几何特性，并且作为测量的变量表示被定义为多孔施加器区域的中空体积与总体积的比率。在这一点上应该注意的是，术语“多孔的”在这里没有涵盖对术语“多孔的”的可能通俗的理解，通俗的理解将描述不稳定的材料特性。

多孔结构描述了从外表面延伸到深度区域中的功能性空气传导结构。因此，多孔结构是在功能上限定的结构，因此不同于由某类型的制造随机产生的表面粗糙度。

孔、洞、通道或空腔相对于施加器的大小非常小，并且对施加器的外部几何形状影响很小或没有影响。

多孔表面结构涉及整个外表面区域，但是施加器的近端处的区域可以具有非多孔的表面。

施加器可以单独地被制备用于一次使用。也可设想针对一个患者的单独生产。施加器可以具有任何期望的外部轮廓。

空气可以通过施加器的外表面的功能性多孔表面结构被吸入或吹出。以这种方式，施加器可以在另一元件上施加力，该元件可以被装配在施加器与组织区域之间。另外的元件的示例可以是具有薄壁的成形件或薄膜。

以这种方式，用于利用低能量X射线辐射进行术中放射治疗的施加器可以用于许多用途。鉴于其功能性设计，施加器可以向与组织区域接触并被布置在施加器与组织之间的元件施加吸力或压力。因此，施加器本身不再与组织区域直接接触。因此，施加器在生物相容性、灭菌性和耐温性方面可能受到不太严格的要求的限制。施加器可以更经常地使用。可以增加使用次数或使用频率。

在本发明的一个实施例中，固体多孔结构由被布置在施加器的外表面上的精细通道结构形成。

通道结构可以直接被布置在表面上。因此，可以在稍后阶段将空气传导和结构化的外表面施加到施加器上。精细通道结构被理解为具有高达3mm的通道宽度的通道结构。在一个实施例中，通道宽度被构造为朝向近端递增。

在本发明的一个实施例中，从近端延伸到透气外表面的通道被布置在施加器本体内部，使得施加器的透气外表面以空气传导方式连接到近端。

为了获得量更大的流量，也可以在施加器本体内部设置通道。例如，这些通道可以通过孔被引入到施加器中。因此，可以优化空气流动，并且可以在整个外表面上获得均匀的空气流动。

在本发明的一个实施例中，固体多孔结构从外表面延伸到2mm的深度，优选地延伸到3mm的深度，更优选延伸到5mm的深度，更优选延伸到10mm的深度。

多孔结构的生产可能比紧凑结构的生产更昂贵。因此，固体多孔结构仅被形成到一个深度区域的施加器可能更具成本效益。

在本发明的一个实施例中，施加器是旋转对称的。

旋转对称的施加器可以作为转动件成本有效地生产。

在本发明的一个实施例中，施加器被构造成单件。

单件式构型具有成本效益并易于操作，并且可以快速简单地被安装在X射线辐照装置上。

在本发明的一个实施例中，施加器被构造成多个件。

多件式构型提供了形成更复杂形状的施加器的可能性。可设想的是，施加器可以由两个或多个相容的单独元件组装成模块化系统。形成特定形状的多件式施加器可以通过提供优化的辐射分布来减少组织中的治疗时间。

在本发明的一个实施例中，整个施加器本体具有固体多孔结构。

因此，施加器可以由固体多孔材料均匀地生产。空气流量很大，因为空气通道形成在整个施加器本体中。施加器的内腔也可以形成空气通道。

在本发明的一个实施例中，施加器系统包括施加器和弹性无菌衬套，该衬套可以被布置在施加器的外表面上。

在本发明的这个实施例中，弹性无菌衬套被布置在该施加器的外表面上。施加器和无菌衬套因此形成包括施加器和无菌衬套的系统。

无菌衬套由无菌的、弹性的和可透射线的材料制成，并且可以在施加器的外表面上被拉动。无菌衬套具有生物相容性，并且适合与组织直接接触。当在施加器的近端处吸取空气时，空气可以通过施加器的固体多孔表面结构从外表面的每个表面区域流到施加器的近端。以这种方式，在无菌衬套与施加器的外表面之间形成真空，使得无菌衬套通过形状配合接合被固定到施加器上，并且在无菌衬套和施加器外表面之间没有气泡残留。结果，在治疗期间可以避免偏离规定的辐照几何形状，从而可以非常精确地预测和规定作用在要治疗的身体组织上的辐射剂量。施加器还可以具有底切部。作为吸取或真空形成的结果，无菌衬套被可靠地拉动，并且通过形状配合接合被拉动到外表面的施加器几何形状上。

施加器可以具有任何期望的外部轮廓，其中该轮廓没有尖的或尖锐的轮廓区域，以便实现身体组织的均匀辐照，并且以便不损坏被布置在施加器上的无菌衬套。

施加器在这里具有整形功能，并且无菌衬套在施加器与身体组织之间形成无菌屏障。特别地，施加器是刚性的并且具有形状保持的外表面，即刚性的外表面。无菌衬套可以被构造成低成本的可抛弃的物品，并且可以在使用后被丢弃。施加器不必被灭菌，并且可以根据需要经常使用。因此对施加器的温度要求更低。

在本发明的一个实施例中，无菌衬套具有在0.05mm与1mm之间的壁厚。

在这种情况下，无菌衬套可以是弹性和柔性的。

在本发明的一个实施例中，多孔结构的开口或孔具有小于或等于该无菌衬套的壁厚的最大尺寸。

这可靠地防止了在将无菌衬套吸到施加器上期间无菌衬套的任何显著的凹陷。

在本发明的一个实施例中，施加器的外表面上的通道结构具有小于或等于无菌衬套的壁厚的通道宽度。

这可靠地防止了在将无菌衬套吸到施加器上期间无菌衬套的任何显著的凹陷。

在本发明的一个实施例中，施加器的外表面上的多孔结构的开口或通道具有在0.1mm与1mm之间的范围内的最大尺寸。

这可靠地防止了在将无菌衬套吸到施加器上期间无菌衬套的任何显著的凹陷。

在本发明的一个实施例中，在无菌衬套的开口处布置有支撑环。

有利的是，无菌衬套可以容易地在施加器上被拉动。而且，支撑环形成了紧固到辐照装置上的可能性。支撑环相对于辐照装置形成进一步的密封。无菌衬套与辐照装置一起形成连续的无菌屏障。

在本发明的一个实施例中，X射线辐照装置包括施加器，其中，X射线辐照装置具有真空泵。

X射线辐照装置是一种辐照装置。真空泵为将无菌衬套吸到施加器上提供抽吸力。因此，带有施加器并带有无菌衬套的辐照装置可以方便快捷地设置以供使用。真空泵可以有利地用于抽吸模式和压力模式。

在本发明的一个实施例中，在施加器上布置有掩罩。

掩罩可以以非无菌方式单独地布置在无菌衬套下，以便允许靶向输送各向异性辐射剂量。这可以减少治疗时间，更精确地控制辐射接触，并且还减少其他组织区域的辐射接触。

在本发明的一个实施例中，在施加器上布置有护罩。

护罩有利地减少了对患者的副作用，因为组织区域可以被保护免受辐射。护罩不必是无菌的，因为它们可以被布置在无菌衬套下。

在本发明的一个实施例中，护罩被布置施加器上的轴区域中。

有利的是，在这个区域可以减少对患者的可能的辐射引起的副作用。护罩可以被布置在无菌衬套下，并且因此不需要是无菌的。

在本发明的一个实施例中，施加器可以由3D打印机生产。

有利的是，可以产生施加器的所有可能的轮廓和几何形状。通道可以有利地集成在施加器本体中。这些通道可以在不同的位置具有不同的形状和截面。可以快速且成本有效地生产用于各个情况的特殊施加器。

在本发明的一个实施例中，附加冷却通道被布置在施加器中。

这对于在组织区域中使用是有利的，并且降低了温度引起的组织损伤的危险。

一种用于将无菌衬套应用到施加器式的方法，该施加器被布置在具有真空泵的X射线辐照装置上，该方法包括以下步骤：

-在施加器上拉动无菌衬套，

-将真空泵控制在泵浦模式下，使得空气流过施加器的外表面到达无菌衬套中，

-将无菌衬套定位在施加器上，

-将真空泵控制在真空模式下，使得空气通过施加器的外表面从无菌衬套被吸入，使得无菌衬套牢固地支承在该外表面上。

这种方法使得将无菌衬套布置在施加器上变得更容易，其中首先空气被吹入到无菌衬套中，使得无菌衬套像气球一样膨胀。在这种情形下，施加器与无菌衬套之间几乎没有任何摩擦，使得减少折叠形成和重叠，并且无菌衬套可以被容易地定位。此后，真空泵改变为抽吸模式，使得空气从无菌衬套中被吸入，并且无菌衬套紧密且牢固地支承在施加器的外表面上。无菌衬套可以均匀地支承在外表面上，因为没有无菌衬套的区域被强力地延伸或压缩。真空泵被设计成在压力模式或真空模式下交替地使用。

为了从施加器中取出无菌衬套，真空泵可以再次被控制在泵浦模式下，使得空气流过施加器的外表面到达无菌衬套中，并且无菌衬套可以容易地从施加器中被拔出并取出。

附图说明

参考以下附图解释本发明的进一步优点和特征，其中：

图1示出了具有高弹性无菌衬套的用于术中放射治疗的施加器的说明性实施例的截面图。

具体实施方式

放射治疗系统100包括具有接收短管27的X射线辐照装置20。管30被布置在接收短管27中。封闭件(未示出)被布置在管30的远端处。封闭件的内面涂覆有辐射介质31，该辐射介质被构造为金靶。X射线辐照装置20包括电子束源(未示出)，该电子束源沿着中心轴线7发射电子束。电子束以至多100keV(在一个实施例中为50keV)的动能撞击辐射介质31，即，金靶，使得在辐射介质31的位点处高效地产生X射线辐射。因此，管30的远端形成低能X射线源。管30可以由不锈钢生产。

撞击管30的远端的电子束各向同性(即在所有空间方向上具有相同的强度)地产生X射线辐射。辐射强度在管30的远端处最大，并且随着距管30的远端的距离增加而减小。

带有施加器本体5的施加器1被布置在接收短管27上。施加器1被推到具有由引导开口形成的接收装置8的接收短管27上，并且放置成其近端2位于X射线辐照装置20的接触面21上。内凹槽9或施加器1的内腔以这样的方式设计，即，使得X射线辐照装置20的管30可以被容纳在其中。内凹槽9在施加器1的远端2处具有圆柱形构造的引导开口。在其进一步的过程中，内凹槽9被成形为圆锥形，并通向圆柱形区域6，管30的远端被布置在该圆柱形区域中。

施加器1的大小和形状限定了在管30的远端处形成辐射源的辐射介质31与要被辐照的组织之间的距离。组织距辐射介质31的距离被施加器限定成使得期望的和/或均匀的辐射剂量到达组织。

施加器1被构造成关于中心轴线7旋转对称。辐射介质31被布置在施加器1的中心区域中的中心轴线7上，该施加器被设置成要被引入到身体开口中。施加器的远端3可以被插入到人的要治疗的组织区域(未示出)中，远至取决于特定用途的深度。

施加器具有外表面4。外表面4由周界处和远端3处的表面限定。无菌衬套10被布置在外表面4上。无菌衬套10由无菌、弹性和可透射线的材料制成，并适于与组织直接接触。无菌衬套10和施加器1形成两个可分离的件。

支撑环11被布置在无菌衬套10的开口侧处。支撑环11在无菌衬套10与X射线辐照装置20的接触面21之间形成密封。施加器1因此被接触面21和带有支撑环11的无菌衬套10完全封闭。施加器1在这里具有整形功能，并且具有刚性形状，并且无菌衬套10在施加器1与身体组织之间形成无菌屏障。

施加器1的外表面4的刚性形状确保了外表面被永久地布置成与辐射介质31相距特定距离，并且还具有固定的几何形状。这进而导致预定的固定辐照几何形状，并且邻近外表面的身体组织正好暴露于在治疗之前测量或计算的辐射剂量，因此可以非常精确地进行辐射治疗。

施加器1的外表面4形成具有洞、空腔和/或通道的固体多孔表面结构。洞、空腔和/或通道形成多个空气通道的分支系统，这些空气通道以空气传导方式连接到施加器1的近端2。以这样的方式，可以形成从外表面4的每个区域到施加器的近端的气流。气流可以在两个方向上，或者从外表面4到近端2，或者相反地从近端2到外表面4。

第一空气通道22和第二空气通道23被布置在X射线辐照装置20的接触面21上。第一空气通道22以空气传导方式连接到第三空气通道24。第二空气通道23以空气传导方式连接到第四空气通道25。第三空气通道24通过在截面图中不可见的连接件以空气传导方式附接到第四空气通道25。第四空气通道25附接到真空泵(未示出)。通过第四空气通道的气流由双箭头26示意性地指示。

施加器1的外表面4上的固体多孔结构以空气传导方式连接到施加器1的近端2。真空泵、第一空气通道22、第二空气通道23、第三空气通道24和第四空气通道25因此形成施加器1的空气抽吸系统或空气吹出系统。

当空气在施加器的近端处被这个抽吸系统吸入时，空气可以通过施加器1的多孔表面结构从外表面4的每个表面区域流到施加器1的近端2。以这种方式，在无菌衬套10与施加器1的外表面4之间形成真空，使得无菌衬套10通过形状配合接合固定到施加器1上。施加器1还可以具有底切部。借助于抽吸，无菌衬套10被可靠地拉动，并且通过形状配合接合被拉动到施加器1的外部几何形状上。施加器1的多孔表面结构被成形为使得不存在隔离的表面区域，从该隔离的表面区域不抽出空气以导致气泡残留。因此，无菌包膜10通过外表面4的多孔结构的抽吸还促成以下事实：身体组织可以暴露于精确限定的辐射剂量。如果气泡残留在无菌包膜10和外表面4之间，则这将影响辐照几何形状，特别是辐射介质31与身体组织之间的距离，从而影响身体组织的区域中的辐射剂量。因此，即使在刚性外表面4的情况下，气泡也可能导致与预测的辐射剂量偏离。

真空泵的压力输出的抽吸力可以可变地设定和被调节。在一个实施例中，压力传感器(未示出)可以被布置在空气通道中。可以限定抽吸力或压力p0，达到为无菌衬套10提供轻微的抽吸效果，使得无菌衬套10可以通过在施加器1上形状配合接合而被定向，例如以便防止折叠或重叠的形成。在达到压力p0后，真空泵也可以关闭。

当无菌衬套10被最佳地定向时，压力可以进一步减小，以便可靠地确保无菌衬套10限定地支承在施加器1上。此后，真空泵的抽吸力可以被关闭或减小到补偿可能的空气泄漏的值，使得无菌衬套10的紧密形状配合接合在整个使用期间在组织区域中被可靠地确保。

还可以限定压力p1，在该压力下真空泵被切换到压力模式，使得通过将空气吹入施加器1中，在无菌衬套10上施加轻微的压力。无菌衬套10稍微膨胀，并且因此可以在施加器1上被定向为摩擦特别低。此后，真空泵可以被切换到抽吸模式。可以降低压力，以便可靠地确保无菌衬套10在施加器1上的吸取和限定接合。此后，真空泵的抽吸力可以被关闭或降低到补偿可能的空气泄漏的值。

在一个实施例中，外表面4由具有精细的洞、空腔和/或通道的固体多孔结构形成至限定的深度。深度可以在1mm与10mm之间的范围内。

在一个实施例中，整个施加器本体5由具有精细孔、空腔和/或通道的固体多孔结构构成。

在一个实施例中，具有大于1mm²的截面的一个或多个附加空气传导通道形成在施加器1的本体中，并且从近端2延伸到外表面4的多孔结构的一个或多个位置。

附图标记清单

100 放射治疗系统

1 施加器

2 施加器的近端

3 施加器的远端

4 外表面

5 施加器本体

6 内凹槽的圆柱形区域

7 中心轴线

8 接收装置

9 内凹槽

10 无菌衬套

11 支撑环

20 X射线辐照装置

21 接触面

22 第一空气通道

23 第二空气通道

24 第三空气通道

25 第四空气通道

26 双箭头

27 接收短管

30 管

31 辐射介质

Claims (12)

1.一种用于利用低能量X射线辐射进行术中放射治疗的施加器(1)，包括

-施加器本体(5)，

-外表面(4)，该外表面具有周向外部面并具有远端，

-接收装置(8)，该接收装置被布置在近端(2)处并且该施加器(1)能够通过该接收装置被紧固到X射线辐射装置(20)上，以及

-内凹槽(9)，该内凹槽在该近端(2)处具有开口，并且X射线辐射源(30，31)可插入该内凹槽中，

其中，该施加器(1)在其外表面(4)上具有固体多孔结构，其中，该固体多孔结构形成连续的透气通道结构，并且为该施加器(1)的外表面(4)提供刚性形状，该通道结构以空气传导方式连接到该施加器(1)的近端(2)。

2.根据权利要求1所述的施加器(1)，

其中，该固体多孔结构由布置在该施加器(1)的外表面(4)上的精细通道结构形成。

3.根据前述权利要求中任一项所述的施加器(1)，

其中，从该近端(2)延伸到该透气外表面(4)的通道布置在该施加器本体(5)内部，使得该施加器(1)的透气外表面(4)以空气传导方式连接到该近端(2)。

4.根据前述权利要求之一所述的施加器(1)，

其中，整个该施加器本体(5)具有固体多孔结构。

5.一种包括根据前述权利要求之一所述的施加器(1)和能够被布置在该施加器(1)的外表面(4)上的弹性无菌衬套(10)的施加器系统。

6.根据权利要求5所述的施加器系统，

其中，该无菌衬套(10)具有在0.05mm与1mm之间的壁厚。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的施加器系统，

其中，该多孔结构的开口或孔具有小于或等于该无菌衬套(10)的壁厚的最大尺寸。

8.根据权利要求6所述的施加器系统，往回参考权利要求2，

其中，该施加器(1)的外表面(4)上的通道结构具有小于或等于该无菌衬套(10)的壁厚的通道宽度。

9.根据权利要求5所述的施加器系统，

该施加器(1)的外表面(4)上的多孔结构的开口或通道具有在0.1mm与1mm之间的范围内的最大尺寸。

10.根据权利要求5至9之一所述的施加器系统，

其中，支撑环(11)被布置在该无菌衬套(10)的开口处。

11.一种具有根据前述权利要求之一所述的施加器(1)的X射线辐照装置(20)，其中，该X射线辐照装置(20)具有真空泵。

12.一种用于将无菌衬套(10)应用到施加器(1)上的方法，该施加器被布置在具有真空泵的X射线辐照装置(20)上，该方法包括以下步骤：

-在该施加器(1)上拉动该无菌衬套(10)，

-将该真空泵控制在泵浦模式下，使得空气流过该施加器(1)的外表面(4)到达该无菌衬套(10)中，

-将该无菌衬套(10)定位在该施加器上，

-将该真空泵控制在真空模式下，使得空气通过该施加器(1)的外表面(4)从该无菌衬套(10)吸入，使得该无菌衬套牢固地支承在该外表面(4)上。

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