DE19922991A1

DE19922991A1 - Apparatus for radiation therapy has insert to reflect controlled ionized radiation back into target tissue zone without effects on neighboring tissue

Info

Publication number: DE19922991A1
Application number: DE19922991A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Mueller; Dieter F Regulla
Original assignee: Laser und Medizin Technologie GmbH
Current assignee: Laser und Medizin Technologie GmbH
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2000-03-23

Abstract

Apparatus (100) for application of radiotherapy to defined target tissue zone (T) has an emitter (105) to transmit ionized rays, where the effective dose at the tissue zone is over a specific action threshold value. A metallic, non-radioactive insert, with a high scatter coefficient for the ionized radiation is placed within or near the target tissue zone to give an adjusted reduction to the radiation strength. The specific action threshold value is breached only within the whole target tissue zone.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Strahlentherapie mit ionisierender Strahlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an arrangement for radiation therapy with ionizing Radiation according to the preamble of claim 1.

Derartige Anordnungen sind seit Jahrzehnten im Einsatz und allgemein bekannt. Ein grundsätzliches Problem derartiger Anordnungen besteht darin, daß in den weitaus meisten Anwendungsfällen die ionisierende Strahlung auf dem Weg zum Wirkort (nachfolgend Ziel-Gewebsbereich genannt) gesundes Gewebe passiert. Dieses Gewebe ist damit einer ähnlich hohen Strahlungsdosis ausgesetzt wie das zu behandelnde kranke Gewebe, womit ein hohes Risiko für die Schädigung gesunden Gewebes durch strahlungsinduzierte Gewebsveränderungen (bis hin zur Tumorgenese) besteht.Such arrangements have been in use for decades and are generally known. A basic problem with such arrangements is that in the far more applications than ionizing radiation on the way to The place of action (hereinafter called the target tissue area) passes through healthy tissue. This tissue is therefore exposed to a radiation dose similar to that diseased tissue to be treated, which places a high risk of damage healthy tissue through radiation-induced tissue changes (down to Tumorigenesis).

Es wurden daher Methoden entwickelt, um die Wirkdosis im Ziel-Gewebsbereich gegenüber dem umliegenden Gewebe zu erhöhen. Dazu ist es zunächst möglich, den Ziel-Gewebsbereich aus verschiedenen Richtungen zu bestrahlen und dadurch eine Kumulation der Wirkstrahlung und Überschreitung des Wirkungs-Schwellwertes im Zielgebiet zu erreichen, ohne daß in den verschiedenen Durchstrahlungs bereichen dieser Schwellwert erreicht würde. Dieses Vorgehen ist zeit- und bedienaufwendig und für viele Anwendungsfälle nicht praktikabel. Methods have therefore been developed to determine the effective dose in the target tissue area to increase compared to the surrounding tissue. First of all, it is possible to irradiate the target tissue area from different directions and thereby an accumulation of the active radiation and exceeding the effect threshold to reach in the target area without being in the different radiographs areas this threshold would be reached. This procedure is timely and operator-intensive and not practical for many applications.

Zu diesen Methoden gehören auch die Plazierung radioaktiver Implantate - sogenannter "Seeds" - im Ziel-Gewebsbereich und die "Afterloading"-Technik, bei der radioaktives Material mittels eines katheterartigen Applikators intermediär ins Zentrum des Zielgebietes eingebracht wird. Diese Verfahren sind infolge des Einsatzes radioaktiver Materialien, der besondere Handhabungen erfordert und strengen Vorschriften unterliegt, relativ aufwendig und kostspielig.These methods also include the placement of radioactive implants - so-called "seeds" - in the target tissue area and the "afterloading" technique, at the radioactive material by means of a catheter-like applicator Center of the target area is introduced. These procedures are the result of Use of radioactive materials that require special handling and is subject to strict regulations, relatively complex and costly.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine vergleichsweise einfach zu handhabende Anordnung der oben genannten Art anzugeben, die den auf bekannte Art und Weise bestimmten Wirkdosis-Gradienten in den randständigen Partikelvolu mina des Ziel-Gewebsbereiches und seiner unmittelbaren Umgebung in einer Art und Weise erhöht, wie es mit den Anordnungen nach dem Stand der Technik aus bekannten physikalisch-technischen Gründen nicht möglich ist.The invention is therefore based on the object of being comparatively simple Handling arrangement of the type mentioned above, which to the known Way determined effective dose gradient in the marginal particle volume mina of the target tissue area and its immediate surroundings in one kind and way increases as it does with the prior art arrangements known physical-technical reasons is not possible.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.The object is achieved by an arrangement with those specified in claim 1 Features resolved.

Die Erfindung geht aus von der im Rahmen von In-vitro-Untersuchungen der Ausbreitung ionisierender Strahlung in gewebsäquivalenten Materialien (D.F. Regulla, L.B. Hieber und M. Seidenbusch: "Physical and Biological Interface Dose Effects in Tissue due to X-Ray-Induced Increase of Secondarv Radiation from Metallic Gold Surfaces", Rad. Res. 150, 92-100 (1998)) gewonnenen, über raschenden Erkenntnis, daß in einer Gewebsumgebung von Goldfolien die Wirkdosis bzw. effektive Dosisleistung bei einer Röntgenbestrahlung unter Rückstreubedingun gen bis zu einem Faktor von mehr als 100 überhöht sein und erhebliche Gewebs schädigungen hervorrufen kann.The invention is based on the in-vitro investigations of the Propagation of ionizing radiation in tissue equivalent materials (D.F. Regulla, L.B. Hieber and M. Seidenbusch: "Physical and Biological Interface Dose Effects in Tissue due to X-Ray-Induced Increase of Secondarv Radiation from Metallic Gold Surfaces ", Rad. Res. 150, 92-100 (1998)) surprising realization that in a tissue environment of gold foils the effective dose or effective dose rate with X-ray radiation under backscatter conditions can be inflated up to a factor of more than 100 and substantial tissue can cause damage.

Sie schließt den grundsätzlichen Gedanken ein, in bewußter therapeutischer Ausnutzung dieses Effekts gezielt Einlagerungen in bzw. an einem zu bestrahlenden Ziel-Gewebsbereich vorzunehmen und die Strahlungsleistung der Strahlungsquelle derart verringert einzustellen, daß der Wirkungs-Schwellwert zwar im Ziel- Gewebsbereich, nicht aber in dessen gesunder Umgebung überschritten ist.It includes the basic idea, in conscious therapeutic Taking advantage of this effect, targeted embedding in or on an area to be irradiated Make target tissue area and the radiation power of the radiation source set so reduced that the effect threshold is in the target Tissue area, but not in its healthy environment.

Die Einlagerung ist insbesondere bezüglich der Strahlungsquelle hinter dem Ziel- Gewebsbereich oder in dessen hinterem Abschnitt positioniert, so daß der gesamte Ziel-Gewebsbereich von durch die Einlagerung rückgestreuter Strahlung beauf schlagt wird.The embedding is particularly behind the target with regard to the radiation source. Tissue area or positioned in its rear section so that the entire Target tissue area exposed to radiation scattered by the embedding is struck.

Die Form und Struktur der Einlagerung wird in Anpassung an den Bestrahlungs zweck und die Form des Ziel-Gewebsbereiches (natürlich unter Beachtung von Praktikabilitäts-Gesichtspunkten) so gewählt, daß der Gradient der Wirkdosis an der Grenze des Ziel-Gewebsbereiches so groß wie möglich ist.The shape and structure of the embedding is adapted to the radiation purpose and the shape of the target tissue area (of course, taking into account Practicability aspects) chosen so that the gradient of the effective dose at the Limit of the target tissue area is as large as possible.

In einer ersten, speziell für die Behandlung kleiner Tumoren bzw. Metastasen bevorzugten Ausführung ist die Einlagerung als Formkörper aus einem Metall oder einer Metallegierung ausgebildet. Speziell kann auch ein Schichtkörper aus alternierenden ersten und zweiten Schichten vorgesehen sein, wobei die ersten Schichten im wesentlichen Elemente höherer und die zweiten Schichten Elemente niederer Ordnungszahl enthalten. Hierbei bestehen die ersten Schichten im wesentlichen aus einem Metall bzw. einer Metallegierung und die zweiten Schichten aus (insbesondere pyrolytischem) Kohlenstoff.In a first one, especially for the treatment of small tumors or metastases preferred embodiment is the incorporation as a shaped body made of a metal or a metal alloy. A laminate can also be made in particular alternating first and second layers may be provided, the first Layers essentially elements higher and the second layers elements lower atomic number included. The first layers consist of essentially of a metal or a metal alloy and the second layers made of (especially pyrolytic) carbon.

In einer speziellen Fortbildung dieser Ausführung ist die Einlagerung eine als solche bekannte, expandierbare intravaskulare bzw. -luminale Gefäßprothese (ein sogenannter Stent), und die Strahlungsquelle ist zu einer Niederdosis-Schwerpunkt bestrahlung zur Proliferationsinhibition nach dem Einsetzen des Stents eingestellt. In einer zweiten, für größervolumige Prozesse bevorzugten, Ausführung ist die Einlagerung durch eine große Anzahl kleiner Teilchen, insbesondere mit einem Wirkdurchmesser für die ionisierende Strahlung im Bereich zwischen 50 nm und 0,5 mm, spezieller zwischen 50 nm und 5 µm, (sogenannte "Mikropellets" oder "Nanopartikel") gebildet. In einer besonders vorteilhaften Variante weisen die kleinen Teilchen eine bezüglich der ionisierenden Strahlung nicht wirksame, speziell biodegradierbare, Hülle auf, die den geometrischen Durchmesser gegenüber dem Wirkdurchmesser um mindestens eine Größenordnung vergrößert. Dadurch können die Teilchen sich in den Endstrombahnen eines starkvaskularisierten (insbesondere kanzerogenen) Gewebsbereiches festsetzen. Dies geschieht in besonders vorteilhafter Weise für eine durch die Biodegradierbarkeit der Hülle vorbestimmte und daher durch Wahl des Materials und der Dicke der Hülle auf die voraussichtliche Behandlungsdauer abstimmbare Zeitdauer, nach deren Ablauf die Teilchen wieder ausgetragen werden können.In a special development of this version, the storage is one as such known, expandable intravascular or -luminale vascular prosthesis (a so-called stent), and the radiation source has become a low-dose focus Irradiation to inhibit proliferation stopped after insertion of the stent. In a second version, preferred for larger-volume processes, is the Storage by a large number of small particles, especially with one Effective diameter for the ionizing radiation in the range between 50 nm and 0.5 mm, more specifically between 50 nm and 5 µm, (so-called "micropellets" or "Nanoparticles") formed. In a particularly advantageous variant, the small particles are especially ineffective with regard to ionizing radiation biodegradable, shell based on the geometric diameter compared to the Effective diameter increased by at least one order of magnitude. This allows the particles are in the final flow paths of a highly vascularized (in particular carcinogenic) tissue area. This happens in particular advantageously for a predetermined by the biodegradability of the shell and therefore by the choice of material and thickness of the shell to the expected Treatment duration adjustable time, after which the particles return can be carried out.

In dieser Ausführung umfaßt die Anordnung auch ein interstitielles oder endolumina les Einführungssystem, insbesondere eine Kathetervorrichtung, zur Einbringung der kleinen Teilchen in den Ziel-Gewebsbereich sowie ein Trägerfluid, insbesondere eine Trägeremulsion, zur Einbettung der kleinen Teilchen und zur leichten Einführung und Voreinstellung einer geeigneten Teilchendichte im Gewebe.In this embodiment, the arrangement also includes an interstitial or endolumina les introduction system, in particular a catheter device for introducing the small particles in the target tissue area as well as a carrier fluid, especially one Carrier emulsion, for embedding the small particles and for easy introduction and Presetting a suitable particle density in the tissue.

Materialseitig weist die Einlagerung ein biokompatibles Metall mit hoher Ordnungs zahl, insbesondere Gold oder Titan, oder eine biokompatible Legierung eines Metalls mit hoher Ordnungszahl, insbesondere eine Edelstahllegierung, auf. Im Falle des Einsatzes einer Legierung ist eine solche bevorzugt, die zwei Komponenten mit stark differierenden Ordnungszahlen enthält. Zweckmäßig ist der Einsatz von in der Medizintechnik bewährten Titanlegierungen, insbesondere einer Ti-Au-Legierung.On the material side, the storage has a biocompatible metal with high order number, especially gold or titanium, or a biocompatible alloy of a metal with a high atomic number, especially a stainless steel alloy. In the case of The use of an alloy is preferred, which has two components contains very different atomic numbers. The use of in the Medical technology proven titanium alloys, especially a Ti-Au alloy.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß der Effekt der Dosiserhöhung nicht nur bei festen metallischen Oberflächen eintritt, sondern auch bei in flüssiger Phase vorliegenden, gelösten Metall komplexen. Insbesondere hat sich auch für den Fachmann in völlig überraschender Weise herausgestellt, daß dieser Effekt nicht nur mit Metallen im klassischen Sinne erzielbar ist, sondern auch mit Erdalkali- Metallkomplexsalzen und Komplexsalzen aus Verbindungen seltener Erden. Surprisingly, it was found that the effect of increasing the dose was not only occurs on solid metallic surfaces, but also in the liquid phase present, dissolved metal complexes. In particular, has also for the Expert in a completely surprising way it was found that this effect not only can be achieved with metals in the classic sense, but also with alkaline earth Metal complex salts and complex salts from rare earth compounds.

In einer dritten Ausführung ist die Einlagerung erfindungsgemäß aus in flüssiger Phase vorliegenden biokompatiblen, gelösten Metallkomplexen gebildet.In a third embodiment, the storage is, according to the invention, in liquid Phase existing biocompatible, dissolved metal complexes formed.

In einer weiteren Ausführung ist die Einlagerung aus biokompatiblen, gelösten Erdalkali-Metallkomplex-Salzverbindungen gebildet, wobei bevorzugt das bereits gegenwärtig als Röntgenkontrastmittel zur Anwendung kommende Bariumsulfat eingesetzt wird. Darüberhinaus ist jedoch auch jede andere Erkalkali-Metallkomplex- Salzverbindung nutzbar, die in einer biokompatiblen löslichen Form überführbar ist.In a further embodiment, the storage is made of biocompatible, dissolved Alkaline earth metal complex salt compounds formed, which is preferably already Barium sulfate currently used as an X-ray contrast medium is used. In addition, however, any other Erkalkali metal complex Salt compound can be used, which can be converted into a biocompatible soluble form.

In einer noch weiteren Ausführung ist die Einlagerung aus biokompatiblen, gelösten Seltene-Erden-Komplexsalzverbindungen gebildet. In bevorzugter Ausführungsform kommt Gadolinium in der Verbindung Gadolinium-DPA zum Einsatz, was den Vorteil hat, daß diese Verbindung bereits als biokompatibel medizinisch zugelassen ist und als Kontrastmittel im Bereich der Magnetresonanztomographie zum Einsatz kommt. Dieser spezielle Verbindungstyp hat darüberhinaus die für diesen Zweckvorteilhafte Eigenschaft, sich insbesondere in der hypervaskularisierten Randzone von Tumoren anzureichern, also genau dort, wo erfindungsgemäß der Dosis-Überhöhungseffekt zur Optimierung der Strahlentherapie genutzt werden soll. Drüberhinaus kann aber auch jede andere Seltene-Erden-Metallkomplexverbindung angewandt werden, die in einer biokompatiblen löslichen Form überführbar ist.In yet another embodiment, the storage is made of biocompatible, dissolved Rare earth complex salt compounds formed. In a preferred embodiment Gadolinium is used in the compound Gadolinium-DPA, which is the advantage has that this compound is already medically approved as biocompatible and is used as a contrast medium in the field of magnetic resonance tomography. This special type of connection also has the advantage for this purpose Property, particularly in the hypervascularized peripheral zone of tumors to be enriched, ie exactly where, according to the invention, the dose increase effect should be used to optimize radiation therapy. Beyond that, however any other rare earth metal complex compound which can be converted into a biocompatible soluble form.

Die oben genannten biokompatiblen Komplexsalz-Verbindungen können als Emulsion oder direkte Lösung mittels Injektion bzw. Infusion, gegebenenfalls auch durch Iontophorese zum Ziel-Gewebsbereich überführt werden.The above-mentioned biocompatible complex salt compounds can be used as Emulsion or direct solution by injection or infusion, if necessary transferred to the target tissue area by iontophoresis.

Die Strahlungsleistung der Strahlungsquelle wird auf weniger als die Hälfte, insbesondere auf weniger als ein Zehntel, der zur Erreichung des Wirkungs- Schwellwertes im Ziel-Gewebsbereich ohne Einlagerung einzustellenden Leistung verringert. In hinsichtlich der Form und des Materials der Einlagerung sorgfältig optimierten Anordnungen ist auch eine noch deutlichere Verringerung, bis auf etwa ein Hundertstel, der üblicherweise eingestellten Leistung erreichbar.The radiation power of the radiation source is reduced to less than half, in particular to less than a tenth that is necessary to achieve the Threshold values in the target tissue area without storage performance to be set decreased. Be careful with the shape and material of the storage optimized arrangements is an even more significant reduction, down to about one hundredth of the performance normally set.

In einer für weitgehend automatisierten Betrieb geeigneten Anordnung ist im Ziel- Gewebsbereich oder in dessen Nachbarschaft mindestens ein Strahlungsdetektor zur Erfassung der Dosisleistung bzw. Wirkdosis der ionisierenden Strahlung angeordnet, und der Strahlungsquelle ist eine mit dem Strahlungsdetektor verbundene Steuereinrichtung zur Leistungs- und/oder Zeitsteuerung der Strahlungs quelle in Abhängigkeit vom Erfassungsergebnis zugeordnet. Der Strahlungsdetektor ist bei Anwendung der Anordnung auf größere Gewebsbereiche vorteilhafterweise als im Ziel-Gewebsbereich verschiebbare Sonde ausgebildet, und die Anordnung umfaßt Mittel zur Positionserfassung der Sonde. Hiermit kann die Erreichung der Wirkungsschwelle im gesamten Gewebsbereich sichergestellt werden. Zweckmäßi gerweise umfaßt die Anordnung dann auch eine Positioniereinrichtung, mit der die Position der Strahlungsquelle relativ zum Ziel-Gewebsbereich so verändert werden kann, daß die Rückstreueffekte der Einlagerung innerhalb der Grenzen des Ziel- Gewebsbereiches optimal zur Wirkung gebracht werden. In an arrangement suitable for largely automated operation, the target Tissue area or in its vicinity at least one radiation detector for recording the dose rate or effective dose of the ionizing radiation arranged, and the radiation source is one with the radiation detector connected control device for power and / or time control of the radiation assigned source depending on the acquisition result. The radiation detector is advantageous when the arrangement is applied to larger tissue areas formed as a displaceable probe in the target tissue area, and the arrangement includes means for position detection of the probe. This can be used to achieve the Effect threshold in the entire tissue area can be ensured. Expedient The arrangement then also includes a positioning device with which the Position of the radiation source relative to the target tissue area can be changed may cause the backscatter effects of storage within the boundaries of the target Tissue area can be brought to optimum effect.

Schließlich umfaßt die Erfindung auch die Verwendung eines metallischen Implantats, insbesondere eines konstruktiv eingesetzten Gefäß-, Gelenk- oder Knochenimplantats (unter anderem der oben erwähnten Stents), in einer Anordnung der oben beschriebenen Art.Finally, the invention also includes the use of a metallic one Implant, in particular a constructively used vascular, joint or Bone implant (including the stents mentioned above), in one arrangement of the type described above.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind im übrigen in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.Advantageous developments of the invention are otherwise in the subclaims are identified or described below together with the description preferred embodiments of the invention with reference to the figures.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 die Prinzipskizze einer Anordnung gemäß einer ersten Ausführungs form der Erfindung, Fig. 1 shows a schematic diagram of an arrangement according to a first embodiment of the invention,

Fig. 2 die Prinzipskizze einer Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungs form der Erfindung, Fig. 2 is a schematic of an arrangement according to a second embodiment of the invention,

Fig. 3 ein Funktions-Blockschaltbild der Verarbeitungs- und Steuereinrich tungen der Anordnung nach Fig. 1, und Fig. 3 is a functional block diagram of the processing and Steuereinrich lines of the arrangement according to Fig. 1, and

Fig. 4 eine Detail-Querschnittsdarstellung einer Anordnung gemäß einer dritten Ausführungsform. Fig. 4 is a detailed cross-sectional view of an arrangement according to a third embodiment.

In Fig. 1 ist schematisch eine Strahlentherapieanordnung 100 für die Proliferations inhibition nach Implantation eines Stent 101 in ein großes Gefäß 103 dargestellt. Die Wandung 103a des Gefäßes 103 zusammen mit einer Ablagerungszone 103b ist in dem Bereich T, in dem der Stent plaziert wurde, aufgeweitet und neigt dort zu einem überschießenden Wachstum der inneren Gefäßgewebeschichten (Intima). Dieser Ziel-Gewebsbereich T wird daher einer Niederdosis-Schwerpunkt-Röntgenbe strahlung mittels eines Röntgengerätes 105 unterzogen, das auf einer Schwenkvor richtung 105a motorisch schwenkbar aufgebaut ist.In Fig. 1 schematically shows a radiation assembly 100 for proliferation inhibition by implantation of a stent 101 in a large vessel 103 shown. The wall 103 a of the vessel 103 together with a deposition zone 103 b is widened in the area T in which the stent has been placed and there tends to an excessive growth of the inner vascular tissue layers (intima). This target Gewebsbereich T is therefore a low dose main Röntgenbe radiation by means of an X-ray unit 105 subjected to the directional on a Schwenkvor is a motor pivotally constructed 105th

Dem Röntgengerät 105 ist jenseits des durchstrahlten Körperabschnittes eine Abbildungseinrichtung 107 mit einer Bildverarbeitungseinheit 109 zugeordnet, über die die Position des Stent 103 sowie eines mit einem Röntgenmarker 111a versehenen Strahlungsdetektors 111 (Miniatur-Röntgendosimeter) bestimmt werden kann. Dieser Detektor ist am distalen Ende einer Dilatationseinrichtung 113 im Lumen des Stents 103 verschieblich angeordnet. Die Dilatationseinrichtung 113 ist in bekannter Weise Teil einer Katheteranordnung 115, wie sie zur Implantation eines Stent eingesetzt wird und die daher hier nicht genauer gezeigt und be schrieben ist.An imaging device 107 with an image processing unit 109 is assigned to the x-ray device 105 beyond the irradiated body section, by means of which the position of the stent 103 and a radiation detector 111 (miniature x-ray dosimeter) provided with an x-ray marker 111 a can be determined. This detector is arranged displaceably in the lumen of the stent 103 at the distal end of a dilation device 113 . The dilatation device 113 is in a known manner part of a catheter arrangement 115 , as is used for the implantation of a stent, and which is therefore not shown and described here in more detail.

Dem Strahlungsdetektor 111 ist eine Detektorsignal-Verarbeitungseinheit 117 zugeordnet, die ausgangsseitig mit einer Bestrahlungssteuereinheit 119 verbunden ist, welche über Steuersignalausgänge mit dem Röntgengerät 105 zur Leistungs steuerung desselben sowie mit der Schwenkvorrichtung 105a zur Steuerung der Bestrahlungsrichtung verbunden ist. Aufbau- und Funktion der Detektorsignal- Verarbeitungseinheit 117 und der Bestrahlungssteuereinheit 119 sind weiter unten genauer beschrieben.The radiation detector 111 is associated with a detector signal processing unit 117, whose output is connected to an irradiation control unit 119, which control via control signal outputs to the X-ray unit 105 to the power is connected for controlling the irradiation direction thereof and with the pivoting device 105 a. The structure and function of the detector signal processing unit 117 and the irradiation control unit 119 are described in more detail below.

Das Röntgengerät wird erfindungsgemäß mit einer gegenüber vergleichbaren Strahlentherapien wesentlich verringerten Strahlungsleistung betrieben, da benachbart zur Wandung des Stent 101, d. h. im Ziel-Gewebsbereich T der Gefäßwandung 103a, infolge von Vielfachstreueffekten im Material des Stent (einer Ti-Au-Legierung) eine stark erhöhte Wirkdosis der Röntgenstrahlung vorliegt. Die Dosisleistung wird über die Bestrahlungssteuereinheit 119 oberhalb eines experimentell vorbestimmten Wirkungs-Schwellwertes für die Proliferationsinhibition in einem Gefäß der Art des Gefäßes 103 eingestellt. Infolge des steilen Wirkdosis gradienten, der durch Form und Material des Stent an der Grenzfläche des Ziel- Gewebsbereiches T bewirkt wird, liegt dabei die Wirkdosis außerhalb des Bereiches T weit im unterkritischen Bereich, so daß Gewebsschädigungen hier ausgeschlossen sind.According to the invention, the x-ray device is operated with a radiation power which is significantly reduced compared to comparable radiation therapies, since adjacent to the wall of the stent 101 , ie in the target tissue area T of the vessel wall 103 a, a strong result due to multiple scattering effects in the material of the stent (a Ti-Au alloy) increased effective dose of X-rays is present. The dose rate is set via the radiation control unit 119 above an experimentally predetermined effect threshold for the proliferation inhibition in a vessel of the type of the vessel 103 . Due to the steep effective dose gradient, which is caused by the shape and material of the stent at the interface of the target tissue area T, the effective dose outside the area T is far in the subcritical range, so that tissue damage is excluded here.

Fig. 2 zeigt wesentliche Teile einer Anordnung 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform, nämlich einen interstitiell in einen Gewebeabschnitt 201 eingeführten Fluidapplikator 203 für die Afterloading-Technik und (schematisch) eine auf einen Tumor T innerhalb des Gewebeabschnitts 201 ausgerichtete ⁶⁰Co- Strahlungsquelle 205. Fig. 2 showing essential parts of an arrangement 200 according to a further embodiment, namely a interstitially inserted into a tissue portion 201 fluid applicator 203 for the afterloading technique and (diagrammatically) an aligned to a tumor T within the section of tissue 201 ⁶⁰ Co radiation source 205.

Der Applikator 203 ist über einen Anschlußstutzen 203a mit einem (nicht gezeigten) Behälter verbunden, über den unter Druck eine biodegradierbare Emulsion 207 (etwa auf Basis einer Kochsalzlösung) zugeführt wird, die stabil dispergierte Gold-Nanopartikel mit einem Durchmesser zwischen 50 nm und 5 µm enthält. Die Emulsion 207 tritt über ein Vielzahl von Öffnungen 203b in der Wandung des Applikators 203 in den umgebenden Ziel-Gewebsbereich T aus und bildet dort ein Flüssigkeitsreservoir 207a mit fein verteilter metallischer Struktur, das für die y-Strahlung 209 der Strahlungsquelle 205 gewissermaßen einen "Mehrfachstreukörper" darstellt. Dessen Effekt entspricht im wesentlichen dem oben beschriebenen Effekt des Stent bei der Anordnung nach Fig. 1.The applicator 203 is connected via a connecting piece 203 a to a container (not shown), via which a biodegradable emulsion 207 (for example based on a saline solution) is supplied under pressure, the stably dispersed gold nanoparticles with a diameter between 50 nm and 5 µm contains. The emulsion 207 exits through a plurality of openings 203 b in the wall of the applicator 203 into the surrounding target tissue area T and forms a liquid reservoir 207 a there with a finely distributed metallic structure, which to a certain extent is one for the y radiation 209 of the radiation source 205 "Multiple scattering body" represents. Its effect corresponds essentially to the effect of the stent described above in the arrangement according to FIG. 1.

Im Inneren des Applikators 203 ist an einem axial verschieblichen Trägerstab 203c, der im proximalen Bereich eine Skala 203d trägt, ein Strahlungsdetektor 211 angeordnet, über den (unter Ablesung der Skalenstellung) das Dosisleistungsprofil der Strahlung 209 längs der Achse des Applikators erfaßt werden kann. Anhand dieses Profils kann die Strahlungsleistung und/oder -richtung der Strahlungsquelle 205 gesteuert werden.In the interior of the applicator 203 , a radiation detector 211 is arranged on an axially displaceable carrier rod 203 c, which carries a scale 203 d in the proximal area, by means of which the dose rate profile of the radiation 209 along the axis of the applicator can be detected (while reading the scale position) . The radiation power and / or direction of the radiation source 205 can be controlled on the basis of this profile.

Wird der aus Kunststoff oder Glas gefertigte Applikator 203 während der Strahlenbehandlung im Körper belassen, so kann die Wirkdosis im Ziel-Gewebs bereich T außerdem durch zusätzliche Zuführung oder ggfs. auch durch Absaugen von Emulsion 207, d. h. von metallischen Partikeln, während der Behandlung gesteuert werden. Dies stellt gegenüber dem Einsatz eines vorgeformten Streukör pers eine zusätzliche Beeinflussungsmöglichkeit für die Therapie dar. If the applicator 203 made of plastic or glass is left in the body during the radiation treatment, the effective dose in the target tissue area T can also be controlled by additional supply or, if appropriate, also by suctioning off emulsion 207 , ie metallic particles, during the treatment . Compared to the use of a preformed diffuser, this represents an additional possibility of influencing the therapy.

Fig. 3 zeigt in Form eines Funktions-Blockschaltbildes schematisch eine einfache Ausführung der Detektorsignal-Verarbeitungseinheit 117 und der Bestrahlungs steuereinheit 119 der Anordnung nach Fig. 1, die in ähnlicher Weise auch bei einer Anordnung nach Fig. 2 eingesetzt sein können. Die nachfolgend erwähnten Funktionen werden in praxi größtenteils softwaremäßig implementiert sein. Fig. 3 shows in the form of a functional block diagram schematically a simple embodiment of the detector signal processing unit 117 and the radiation control unit 119 of the arrangement of FIG. 1, which can be used in a similar manner in an arrangement of FIG. 2. Most of the functions mentioned below will be implemented in software in praxi.

Die eingangsseitig mit dem Strahlungsdetektor 111 (Fig. 1) verbundene Detektorsi gnal-Verarbeitungseinheit 117 umfaßt eine Verstärkerstufe 117.1 und eine dieser nachgeordnete, außerdem mit einem Korrekturtabellenspeicher 117.2 verbundene Korrekturstufe 117.3, in der die in der Längsachse des Stent erfaßten Dosislei stungswerte anhand einer für den speziellen Stent in vitro vorbestimmte Korrektur tabelle auf die therapierelevanten Umfangs-Dosisleistungswerte hochgerechnet werden.The detector signal processing unit 117 connected on the input side to the radiation detector 111 ( FIG. 1) comprises an amplifier stage 117.1 and a subordinate to this, also connected to a correction table memory 117.2 correction stage 117.3 , in which the dose values measured in the longitudinal axis of the stent are calculated on the basis of a for the special stent in vitro predetermined correction table can be extrapolated to the therapy-relevant volume dose rate values.

Die Bestrahlungssteuereinheit 119 umfaßt eine mit dem Ausgang der Detektorsi gnal-Verarbeitungseinheit 117 sowie einem internen Sollwertspeicher 119.1 verbundene Subtraktionsstufe 119.2, in der jeweils für eine Detektorposition die aktuelle Sollwert-Istwert-Abweichung der Dosisleistung ermittelt wird und die ihrerseits einen Steuertabellenspeicher 199.3 adressiert, aus dem in Abhängigkeit vom erhaltenen Differenzwert ein Primär-Steuersignal für die Stromversorgung 119.4 der Röntgenquelle 119.5 ausgelesen wird. Die Primär-Steuersignale für verschiedene Detektorpositionen werden im Regelfall einer nachgeordneten Mittelungsstufe 119.6 zugeführt, die sie in einem internen (nicht gesondert gezeigten) Pufferspeicher ablegt und nach Abschluß einer Messung eine Mittelung durchführt, deren Ergebnis ein Sekundär-Steuersignal darstellt, das der Stromver sorgung 119.4 zugeführt wird. Optional kann aber auch (durch eine gestrichelte Linie dargestellt) bereits bei Vorliegen eines einzigen Primär-Steuersignals eine Nachsteuerung der Röntgenquelle erfolgen. Das wird speziell bei eventuellen großen Abweichungen zu Beginn der Behandlung zweckmäßig sein.The irradiation control unit 119 comprises a subtraction stage 119.2 connected to the output of the detector signal processing unit 117 and an internal setpoint memory 119.1 , in which the current setpoint / actual value deviation of the dose rate is determined for each detector position and which in turn addresses a control table memory 199.3 from which a primary control signal for the power supply 119.4 of the X-ray source 119.5 is read out as a function of the difference value obtained. The primary control signals for various detector positions are usually fed to a downstream averaging stage 119.6 , which they store in an internal (not shown separately) buffer memory and, after completion of a measurement, carries out an averaging, the result of which represents a secondary control signal that supplies the power supply 119.4 is fed. Optionally, however, the x-ray source can also be readjusted (represented by a dashed line) when a single primary control signal is present. This will be particularly useful in the event of large deviations at the start of treatment.

Die Steuereinheit 119 umfaßt weiterhin - in an sich bekannter Weise - eine Ablaufsteuerstufe 119.7 (mit Zeitgeber, Arbeits- und Programmspeicher, die hier nicht gesondert gezeigt sind) und eine Anzeigeeinheit 119.8 sowie eine Eingabeein heit 119.9, über die dem Operateur die wesentlichen Behandlungsparameter angezeigt bzw. eine manuelle Eingriffsmöglichkeit eröffnet wird. Die Ablauf steuerstufe 119.7 empfängt Detektorpositionssignale von der Bildverarbeitungsein heit 109 (Fig. 1) und steuert in Abhängigkeit hiervon die oben erwähnte Gewinnung des Sekundär-Steuersignals und außerdem eine Darstellung der Detektorposition zusammen mit der lokalen Dosisleistung auf der Anzeigeeinheit 119.8.The control unit 119 further comprises - in a manner known per se - a sequence control stage 119.7 (with timer, working and program memory , which are not shown separately here) and a display unit 119.8 and an input unit 119.9 , via which the essential treatment parameters are displayed to the operator or respectively a manual intervention option is opened. The sequence control stage 119.7 receives detector position signals from the image processing unit 109 ( FIG. 1) and, depending on this, controls the above-mentioned acquisition of the secondary control signal and also a representation of the detector position together with the local dose rate on the display unit 119.8 .

In einer einfachen Ausführung wird die Schwenkvorrichtung 105a (Fig. 1) über die Eingabeeinheit 119.9 durch den Operateur anhand der Bildschirmanzeige aufgrund von Erfahrungswerten manuell gesteuert. Es kann aber auch eine Verknüpfung mit der Leistungssteuerung über einen im Programmspeicher der Ablaufsteuerung 119.7 abgelegten Algorithmus vorgesehen sein, der auf die einzelnen Umfangs-Dosislei stungswerte am Ausgang der Korrekturstufe 117.3 und/oder die Primär-Steuersi gnale am Ausgang des Steuertabellenspeichers 119.3 zugreift.In a simple embodiment, the swivel device 105 a ( FIG. 1) is manually controlled by the operator using the input unit 119.9 on the basis of empirical values on the basis of the screen display. However, it can also be provided a link to the power control via an algorithm stored in the program memory of the sequence control 119.7 , which accesses the individual range dose rate values at the output of the correction stage 117.3 and / or the primary control signals at the output of the control table memory 119.3 .

Fig. 4 zeigt im Querschnitt einer weiteren Anordnung 300 ein Schichtimplantat 301 zur Rückstreu-Fokussierung ionisierender Strahlung 303 auf einen Ziel-Gewebs bereich T'' in einem Gewebeabschnitt 305. Das Schichtimplantat 302 ist kugelsegmentartig gewölbt und wird über eine Inzision in das Gewebe derart eingesetzt, daß es bezüglich einer Strahlungsquelle 307, den mit Metastasen 305a durchsetzten Ziel-Gewebsbereich teilweise umschließend, hinter diesem liegt. Das Implantat weist alternierend Schichten 301a aus pyrolytischem Kohlenstoff und Schichten 301 b aus einer Ti-Legierung auf. FIG. 4 shows in cross section a further arrangement 300 a layer implant 301 for backscattering focusing ionizing radiation 303 onto a target tissue area T ″ in a tissue section 305 . The layer implant 302 is curved like a segment of a sphere and is inserted through an incision in the tissue so that it with respect to a radiation source 307, the, is with metastases 305 a penetrated target Gewebsbereich partially enclosing behind this. The implant alternately has layers 301 a made of pyrolytic carbon and layers 301 b made of a Ti alloy.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten möglich, welche von der beanspruchten Lösung auch in anders gearteter Ausführung Gebrauch machen.The embodiment of the invention is not limited to the above specified preferred embodiments. Rather, a variety of Variants possible, which of the claimed solution also in a different kind Use execution.

Claims

1. Arrangement ( 100 ; 200 ; 300 ) for radiation therapy of a limited target tissue area (T; T ';T'') with ionizing radiation ( 209 ) from a radiation source ( 105 , 205 ; 303 ), the effective dose of which is in the target tissue area lies above a specific effect threshold value, characterized in that within the target tissue area or adjacent to it, such a formed, in particular metallic, non-radioactive embedding ( 101 , 207 c; 301 ) is provided with a high scattering coefficient for the ionizing radiation and the radiation power the radiation source is set so reduced that the effect threshold value is exceeded essentially only in the entire target tissue area.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the inclusion ( 101 , 207 c; 301 ) is formed and the radiation power is set such that a high effective dose gradient is established that the thickness of a transition zone until the effect is exceeded - Threshold value is less than 100 µm.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the storage has a molded body ( 101 ) essentially made of a metal or a metal alloy.

4. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the storage comprises a laminated body ( 301 ) made of alternating first and second layers ( 301 a, 301 b), the first layers essentially higher elements and the second layers elements lower atomic number included.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the first layers ( 301 b) substantially of a metal or a metal alloy tion and the second layers ( 301 a) consist of, in particular pyrolytic, carbon.

6. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the storage ( 207 c) by a large number of small particles ( 207 a), in particular with an effective diameter for the ionizing radiation in the range between 50 nm and 0.5 mm , more specifically between 50 nm and 5 µm.

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the small particles ( 207 a) have a non-effective with respect to the ionizing radiation, in particular biodegradable, shell, which increases the geometric diameter compared to the effective diameter by at least an order of magnitude such that the particles , in particular for a period of time predetermined by the biodegradability of the casing, in the final current paths of a strongly vascularized tissue area.

8. Arrangement according to claim 6 or 7, characterized by an interstitial or endoluminal insertion system ( 203 ), in particular a catheter device, for introducing the small particles into the target tissue area (T ').

9. Arrangement according to one of claims 6 to 8, characterized by a carrier fluid ( 207 b), in particular a carrier emulsion, for embedding the small particles ( 207 a).

10. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the inclusion ( 101 , 207 c; 301 ) is a biocompatible metal with a high atomic number, in particular gold or titanium, or a biocompatible alloy of a metal with a high atomic number, in particular a stainless steel alloy , having.

11. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the insert ( 101 ) has an alloy which contains two components with strongly differing atomic numbers.

12. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the insert ( 101 ; 301 ) has a titanium alloy, in particular a Ti-Au alloy.

13. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the Storage from biocompatible dissolved in liquid phase Metal complex salts is formed.

14. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the Storage from biocompatible dissolved alkaline earth metal complex salt Connections is formed.

15. The arrangement according to claim 14, characterized in that barium sulfate is used.

16. The arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the Storage from biocompatible rare earth complex salt compounds is formed.

17. The arrangement according to claim 1 6, characterized in that gadolinium in the compound Gadolinium-DPA is used.

18. Arrangement according to one of claims 13 to 1 7, characterized in that the complex salt compounds as an emulsion or direct solution in the Target tissue area to be transferred.

19. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation power of the radiation source ( 105 ; 205 ; 303 ) to less than half, in particular less than a tenth, to achieve the effect threshold in the target tissue area ( T; T ') is reduced without storage performance to be set.

20. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least a portion of the inclusion ( 101 ; 207 c; 301 ) with respect to the radiation source ( 105 ; 205 ; 303 ) behind the target tissue area (T; T '; T '') or positioned in the rear section such that the entire target tissue area is acted upon by the backscattered radiation.

21. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized by a radiation detector ( 111 ) arranged in the target tissue area or in the vicinity thereof for detecting the dose rate or effective dose of the ionizing radiation and a control device ( 119 ) connected to the radiation detector for power and / or time control of the radiation source ( 105 ) depending on the detection result.

22. The arrangement according to claim 21, characterized in that the radiation detector is designed as a displaceable probe ( 111 ; 211 ) in the target tissue area and the arrangement has means ( 105 , 107 , 109 ; 203 d) for detecting the position of the probe.

23. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized by a positioning device ( 105 a) for controlling the position of the radiation source ( 195 ) relative to the target tissue area (T) to maximize the backscattering effects of the embedding ( 101 ) within the limits of the target tissue area .

24. The arrangement according to claim 22 and 23, characterized in that the positioning device ( 105 a) for position control of the radiation source as a function of a detection result dependent on the probe position is connected on the input side to the control device ( 119 ).

25. Use of an essentially metallic implant ( 101 ; 301 ), in particular a constructively used vascular, joint or bone implant, in an arrangement according to one of claims 1 to 5 or 12 and 19 to 24.