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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zur Behandlung
von wuchernden Gewebestörungen
und insbesondere eine Vorrichtung zur Behandlung von solchen Störungen im
Körper
durch die Anwendung von Strahlung.
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Bösartige
Tumore werden oft durch eine chirurgische Resektion des Tumors behandelt,
wobei so viel wie möglich
von dem Tumor entfernt wird. Die Infiltration von Tumorzellen in
das normale Gewebe um den Tumor kann jedoch den therapeutischen
Wert einer chirurgischen Resektion herabsetzen, da eine Infiltration
chirurgisch nur schwierig oder überhaupt nicht
behandelt werden kann. Zur Ergänzung
der chirurgischen Resektion kann eine Bestrahlungstherapie angewendet
werden, wobei das restliche Tumorgewebe nach der Resektion bestrahlt
wird, um es in der Ausdehnung zu verringern oder zu stabilisieren. Zur
Anwendung der Bestrahlungstherapie gibt es mehrere Verfahren, die
einzeln oder in Kombination verwendet werden können, einschließlich der
Bestrahlung von außen,
der stereotaktischen Radiochirurgie und der permanenten oder vorübergehenden interstitiellen
Brachytherapie. Die Bezeichnung "Brachytherapie" bezieht sich hier
auf eine Bestrahlungstherapie, die durch ein räumlich begrenztes radioaktives
Material bewirkt wird, das bei oder nahe dem Tumor oder der Stelle
einer anderen wuchernden Gewebestörung in den Körper eingesetzt
wird. Aufgrund der Nähe
der Strahlungsquelle hat die Brachytherapie den Vorteil, daß der dafür vorgesehene
Gewebebereich eine lokale Strahlendosis erhält.
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Eine
Brachytherapie wird zum Beispiel dadurch ausgeführt, daß eine Strahlungsquelle direkt
in das zu behandelnde Gewebe implantiert wird. Eine Brachytherapie
ist dann angebracht, wenn 1) das Nachwachsen des bösartigen
Tumors innerhalb 2 oder 3 cm der ursprünglichen Grenzen der primären Tumorstelle
lokal erfolgt; 2) die Bestrahlungstherapie ein bewährtes Behandlungsverfahren
zum Kontrollieren des Wachstums des bösartigen Tumors ist; und 3)
es eine Beziehung zwischen der Bestrahlungsdosis und der Reaktion
des bösartigen
Tumors darauf gibt, die Dosis, die mit einer herkömmlichen
Radiotherapie mit einem von außen
eingestrahlten Strahl sicher zu verabreichende Dosis jedoch durch
die Toleranz des normalen Gewebes begrenzt ist. Bei einer Brachytherapie
ist die Strahlungsdosis in unmittelbarer Nähe der radiotherapeutischen
Quelle am höchsten,
so daß die
Dosis für
den Tumor hoch ist, während
umgebendes, normales Gewebe geschont wird. Die interstitielle Brachtherapie
ist unter anderem bei der Behandlung von bösartigen Gehirn- und Brusttumoren
von Nutzen.
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Die
interstitielle Brachtherapie wird herkömmlich unter Verwendung von
radioaktiven Kernen wie 125I-Kernen ausgeführt. Diese
Kerne erzeugen jedoch eine inhomogene Dosisverteilung. Um die minimale
vorgeschriebene Dosis im ganzen Zielbereich des Gewebes zu erreichen,
müssen
hoch aktive Kerne verwendet werden, mit der Folge, daß in einigen
Bereichen in der Nähe
des oder der Kerne eine sehr hohe Dosis erreicht wird, die in gesundem Gewebe
eine Strahlennekrose hervorrufen kann. Um dieses Problem zu lösen, zumindest
hinsichtlich der Begrenzung der Dosis bei kritischen Organen in
der Nähe
der radioaktiven Kerne, wurde direkt auf einem Abschnitt des Kerns
eine Abschirmung angebracht oder ein Applikator verwendet, an dem
der Kern so angebracht ist, daß das
besonders empfindliche Gewebe abgeschirmt ist. (Siehe z.B. Nath
et al., Development of an 241Am-Applikator
for Intracavitary Irradiation of Gynecologic Cancers, Intl. J. Radiation
Oncology Biol. Phys., Bd. 14, Seiten 969–978.) Für einige Anwendung kann dies
zwar geeignet sein, auf der nicht abgeschirmten Seite des Kerns
kann es dabei jedoch zu "heiß" für eine Behandlung
des umgebenden Gewebes sein, während
gleichzeitig auf der abgeschirmten Seite des Kerns nicht die effektive
Dosis erreicht wird.
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Das
US-Patent Nr. 5 429 582 von Williams mit dem Titel "Tumor Treatment" beschreibt ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Behandeln von Gewebe um einen chirurgisch
entfernten Tumor mit radioaktiven Emissionen, um Krebszellen abzutöten, die
sich in dem Gewebe um den herausgeschnittenen Tumor befinden können. Zur
Verabreichung der radioaktiven Emissionen sieht Williams einen Katheter
vor, an dessen distalen Ende sich ein aufblasbarer Ballon befindet,
der einen ausdehnbaren Behälter
bildet. Nach der chirurgischen Entfernung des Tumors führt der
Chirurg den Ballonkatheter in die chirurgisch erzeugte Tasche ein,
die nach dem Entfernen des Tumors verbleibt. Der Ballon wird dann
durch Injizieren eines Fluids mit einem oder mehreren Radionukliden in
den ausdehnbaren Behälter über einen
Hohlraum im Katheter aufgeblasen.
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Die
von Williams beschriebene Vorrichtung löst zwar einige der Probleme,
die mit der Verwendung von radioaktiven Kernen für die interstitielle Brachytherapie
verbunden sind, einige Probleme bleiben jedoch ungelöst. Die
absorbierte Dosisrate an einer Zielstelle außerhalb einer radiaktiven Quelle ist
umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen der Strahlungsquelle
und der Zielstelle. Wenn die radiaktive Quelle eine ausreichende Aktivität zur Abgabe
einer vorgegebenen Dosis zum Beispiel zwei Zentimeter in das Zielgewebe
aufweist, kann das Gewebe, das direkt an die Wand des ausdehnbaren
Behälters
angrenzt, wo der Abstand zu der radioaktiven Quelle sehr klein ist,
immer noch so "heiß" werden, daß sich eine
Nekrose im gesunden Gewebe ergibt. Im allgemeinen stellt das Ausmaß der Bestrahlung,
das der Arzt wünscht,
ein bestimmtes Minimum dar, das in einen Bereich von bis zu zwei
Zentimeter entfernt von der Wand des herausgeschnittenen Tumors
abgegeben wird. Die Strahlung, die im vorgesehenen Behandlungsbereich
auf das Gewebe einwirkt, liegt vorzugsweise bei einer absorbierten
Dosis, bei der das Gewebe an oder in der Nähe der Behälterwand nicht zu stark bestrahlt wird,
während
im maximalen vorgegebenen Abstand von der Behälterwand immer noch die minimale
vorgegebene Dosis erhalten wird. Bei einigen Anwendungen ist es
auch wünschenswert,
die Strahlendosis so abzustimmen, daß eine volle Bestrahlung von empfindlichem
Gewebe vermieden wird, oder so, daß das Ausmaß an Strahlung, das den Körper des Patienten
verläßt, gering
ist.
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Es
besteht ein Bedarf an einem Instrument, das dazu verwendet werden
kann, Strahlung aus einer radioaktiven Quelle auf ein Zielgewebe
im menschlichen Körper
mit einer gewünschten
Intensität
und in einem vorgegebenen Abstand von der Strahlungsquelle abzugeben,
ohne daß zwischen
der Strahlungsquelle und dem Zielgebiet befindliches Körpergewebe
zu stark bestrahlt wird, wobei die Möglichkeit besteht, die Strahlendosis
so zu formen, daß empfindliches
Gewebe geschont wird oder ein Schutz gegen eine Strahlenbelastung
außerhalb
des Körpers
des Patienten besteht, von der das Gesundheitspersonal oder andere
Personen, die in die Nähe des
Patienten kommen, betroffen sein können.
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Die
EP-A-0867200 betrifft eine interluminale Bestrahlungsanwendung.
Es ist ein Abschwächerabschnitt
vorgesehen, der zu einem exzentrischen zweidimensionalen Profil
führt.
Die Vorrichtung wird innerhalb eines Behälters so gedreht, daß der Abschwächerabschnitt
dem dünnsten
Teil der Behälterwand
am nächsten
ist, um die Strahlungsbehandlung innerhalb des Behältergewebes
gleichmäßiger zu machen.
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Die
WO 99/33515 beschreibt eine Vorrichtung zum Zuführen eines radioaktiven Gases
zu einer Kathetervorrichtung. Während
der Behandlung in einem Körper
wird die Strahlung auf eine symmetrische Art abgegeben.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung löst
die oben angegebenen Probleme durch die Vorrichtung nach Patentanspruch
1. Es wird dadurch eine interstitielle Brachytherapievorrichtung
zum Abgeben von radioaktiven Emissionen in asymmetrischer Art auf
Zielgewebe um eine chirurgische Extraktionsstelle geschaffen. Die
Vorrichtung umfaßt
ein expandierbares Element auf der Außenseite, das das räumliche
Volumen der Vorrichtung festlegt, eine innerhalb der Vorrichtung
angeordnete Strahlungsquelle und eine Einrichtung zum Schaffen eines
vorgegebenen asymmetrischen Isodosenprofils im Zielgewebe.
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Die
Unteransprüche
betreffen bevorzugte Ausführungsformen.
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In
einer Ausgestaltung werden dadurch asymmetrische Isodosenkurven
im Zielgewebe erzeugt, daß die
Strahlungsquelle so geformt oder plaziert wird, daß sie bezüglich der
Längsachse
der Vorrichtung asymmetrisch angeordnet ist. In einem Beispiel für eine Vorrichtung
mit diesem Aufbau ist ein Innenraum, der ein flüssiges Radioisotop enthält, innerhalb
des Vorrichtungsvolumens so angeordnet, daß sich im Zielgewebe ein Isodosenprofil
ergibt, das um die Längsachse
der Vorrichtung asymmetrisch ist.
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Bei
einem anderen Beispiel umfaßt
die Strahlungsquelle eine Anzahl von im Abstand angeordneten festen
radioaktiven Teilchen, die so im Vorrichtungsvolumen verteilt und
angeordnet sind, daß sich
im Zielgewebe die vorbestimmte asymmetrische Isodosenkurve ergibt.
In einem bestimmten Beispiel ist die Anzahl von im Abstand angeordneten
radioaktiven Teilchen an einem einzigen länglichen Element angebracht,
das so geformt ist, daß einige
der radioaktiven Teilchen weiter weg sind von der Längsachse der
Vorrichtung als andere. In bestimmten Beispielen ist eine Anzahl
von Elementen, die radioaktive Teilchen enthalten, so angeordnet,
daß wenigstens
eines der Elemente so geformt ist, daß wenigstens eines der radioaktiven
Teilchen bezüglich
der Längsachse
der Vorrichtung asymmetrisch plaziert ist.
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Gemäß einem
Beispiel, das für
das Verständnis
der Erfindung von Nutzen ist, kann eine interstitielle Brachytherapievorrichtung
auch durch eine Vorrichtung mit einer expandierbaren Außenfläche, die
ein Apparatevolumen festlegt, einer innerhalb der expandierbaren
Außenfläche und
davon im Abstand angeordneten Strahlungsquelle und wenigstens einer
asymmetrischen Strahlenabschirmung im Abstand von der Strahlungsquelle
gebildet werden, wobei die asymmetrische Strahlenabschirmung die vorgegebene
asymmetrische Isodosenkurve im Zielgewebe ergibt. In einem bestimmten
Beispiel ist an einem Teil der expandierbaren Außenfläche eine für Strahlung undurchlässige Abschirmung
angebracht. In einem anderen Beispiel befindet sich die Strahlungsquelle
innerhalb einer zweiten, inneren Fläche im Apparatevolumen, wobei
die für
Strahlung undurchlässige
Abschirmung an wenigstens einem Teil der Innenfläche vorgesehen ist. In einem
weiteren Beispiel sind ein oder mehr Strahlenabschirmungen im Abstand
von der Strahlungsquelle und innerhalb des Apparatevolumens vorgesehen,
um die gewünschte
asymmetrische Isodosenverteilung im Zielgewebe zu erreichen.
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Zur
Erleichterung des Verständnisses
der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Behandeln von wuchernden
Gewebestörungen
mittels interstitieller Brachytherapie an einer Stelle im Körper beschrieben.
Das Verfahren umfaßt
das chirurgische Erzeugen eines Zugangs zu dem wuchernden Gewebe
in einem Patienten und das chirurgische Entfernen wenigstens eines
Teils des wuchernden Gewebes zum Erzeugen eines Resektionshohlraums
im Körpergewebe.
Intraoperativ wird dann eine interstitielle Brachytherapievorrichtung
zur Abgabe von radioaktiven Emissionen wie oben beschrieben in den
Resektionshohlraum gebracht. Nachdem eine vorgegebene Absorptionsdosis
an das Gewebe um die Vorrichtung abgegeben wurde, wird die Vorrichtung
wieder entfernt. Das radioaktive Quellenmaterial kann auch erst dann
in die interstitiellen Brachytherapievorrichtung verbracht werden,
nachdem die Vorrichtung im Resektionshohlraum angeordnet wurde,
und kann entfernt werden, bevor die Vorrichtung entfernt wird. Das Verfahren
ist besonders bei Gehirn- und Brustkrebs anwendbar.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
obigen Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen
für den
Fachmann auch aus der folgenden genauen Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
hervor, besonders wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
betrachtet wird. Es zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen interstitiellen Brachytherapievorrichtung zur
Abgabe von asymmetrischen radioaktiven Strahlungsdosen an Körpergewebe;
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2 eine
Schnittansicht längs
der Linie 2-2 in der 1;
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3 eine
Seitenansicht einer anderen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen interstitiellen Brachytherapievorrichtung;
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3A eine
Endansicht der interstitiellen Brachytherapievorrichtung der 3;
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4 eine
Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen interstitiellen Brachytherapievorrichtung;
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5 eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen interstitiellen Brachytherapievorrichtung
für die
Verwendung mit einer flüssigen
Strahlungsquelle;
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6 eine
Seitenansicht einer interstitiellen Brachytherapievorrichtung gemäß einem
für das
Verständnis
der Erfindung nützlichen
Beispiel, bei dem für
Strahlung undurchlässige
Beschichtungen verwendet werden;
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7 eine
Seitenansicht einer interstitiellen Brachytherapievorrichtung mit
einer für
Strahlung undurchlässigen
Beschichtung und einer flüssigen Strahlungsquelle;
und
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8 und 9 Endansichten
einer interstitiellen Brachytherapievorrichtung gemäß einem
für das
Verständnis
der Erfindung nützlichen
weiteren Beispiel, bei dem für
Strahlung undurchlässige
Beschichtungen verwendet werden.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In
der 1 ist ein chirurgisches Instrument 10 für die Strahlenbehandlung
von wucherndem Gewebe in einem lebenden Patienten dargestellt. Das chirurgische
Instrument 10 umfaßt
einen rohrförmigen
Körper 12 mit
ersten und zweiten Hohlräumen 14 und 16 (2),
die sich von proximalen Anschlüssen 18 und 20 in
einem gegossenen Anschlußstück 22 weg
erstrecken. Der erste Hohlraum 14 enthält eine radiaktive Quelle 24 und
der zweite Hohlraum 16 steht mit einer Aufblasöffnung 26 in
Verbindung, die in der Seitenwand des Rohrs 12 ausgebildet
ist.
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Proximal
vom distalen Ende 28 der rohrförmigen Körpers 12 entfernt
ist daran ein äußeres Raumvolumen 30 angebracht,
das durch eine äußere Polymerfilmbarriere 32 gebildet
wird, die sich in einem geeigneten Abstand von der radioaktiven
Quelle 24 befindet. Das äußere Volumen 30 umgibt
die Aufblasöffnung 26.
Ohne darauf beschränkt
zu sein, kann die ausdehnbare Polymerfilmwand aus einem biokompatiblen,
strahlenresistenten Polymer sein, etwa Silastikkautschuk, Polyurethan,
Polyethylen, Polypropylen, Polyester oder PVC. Das äußere Raumvolumen 30 kann
mit Luft, einer Salzlösung oder
alternativ mit einem Strahlung absorbierenden Fluid wie den in der
Angiographie benutzten Kontrastmitteln gefüllt sein. Alternativ muß die Oberfläche des äußeren Volumens 30 kein
festes Material sein. Zum Beispiel kann die Oberfläche des äußeren Volumens 30 aus
einem expandierbaren Käfig
bestehen, der von einem Metall mit Formgedächtnis wie Nitinol gebildet
wird oder aus einem geeigneten Kunststoff besteht, etwa ein expandierbarer
Polyethylenkäfig.
Ein solcher Käfig
kann die gewünschte Form
für ein
bestimmtes Isodosenprofil aufweisen und für das Verbringen zu der vorgesehenen
Stelle in vivo zusammengefaltet und dann expandiert werden, damit
das Gewebe, das den chirurgisch ausgeschnittenen Abschnitt umgibt,
eine geeignete Form annimmt. Die Größe des äußeren Raumvolumens 30 entspricht
im allgemeinen der Menge des entnommenen Gewebes. Bei einigen Anwendungen
kann die Größe des äußeren Raumvolumens 30 etwas
kleiner sein als das ausgeschnittene Volumen, und bei anderen Anwendungen
kann das äußere Raumvolumen etwas
größer sein
als das ausgeschnittene Volumen, damit die expandierbare Oberfläche des äußeren Raumvolumens
das Gewebe an der Oberfläche
des entfernten Abschnitts in die geeignete Form drückt, um
eine gleichmäßige Dosisverteilung
um das äußere Raumvolumen
im Zielgewebe zu erhalten. Bei typischen Anwendungen hat das äußere Raumvolumen
einen Durchmesser von etwa 2 bis 6 Zentimeter.
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Die
Strahlungsquelle 24 umfaßt einen Draht 34,
in dem sich ein oder mehr feste radioaktive Teilchen 36 befinden.
Zum Beispiel können
als feste radioaktive Teilchen radioaktive Mikrokügelchen
der Art verwendet werden, wie sie von der 3M Company in St. Paul,
Minnesota, erhältlich
sind. Eine solche Konfiguration mit festen radioaktiven Teilchen
hat den Vorteil, daß damit
mehr Radionuklide zur Verfügung stehen
als bei Flüssigkeiten.
Feste Radionuklide, die mit der erfindungsgemäßen Abgabevorrichtung verwendet
werden können,
sind derzeit allgemein als Strahlungsquellen für die Brachytherapie erhältlich. Beispiele
für radioaktives
Material, das vom Fachmann für
die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden
kann, sind in den Tabellen 1 bis 4 der PCT-Veröffentlichung
WO 97/19723 zu finden.
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Die
radioaktive Quelle 24 kann entweder zum Zeitpunkt der Herstellung
bereits in den Katheter eingebaut werden oder in die Vorrichtung
eingeführt werden,
nachdem diese in den Raum implantiert wurde, der vorher von dem
nun entfernten Tumor eingenommen wurde. Wenn sie nach der Implantation
eingeführt
wird, kann das feste, Strahlung emittierende Material 36 auf
einem Draht 34 mittels zum Beispiel eines Nachladers (nicht
gezeigt) durch den Hohlraum 14 eingeführt werden.
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Die
Strahlungsquelle 24 weist bezüglich der Längsachse 38 des Instruments 10 einen
asymmetrischen Aufbau auf. Das heißt, daß die Strahlungsquelle 24 so
geformt ist, daß sich
ein Isodosenprofil 40 ergibt, das radial um die Längsachse 38 variiert. Einfacher
gesagt, weist das Isodosenprofil 40 der 1 um
die Längsachse 38 auf
der Oberseite des Instruments 10 einen kleineren Radius
auf als auf der Unterseite, wie es in der 1 gezeigt
ist. Die asymmetrisch geformte Isodosenkurve 40 kann dadurch erzeugt
werden, daß auf
einem gekrümmten
Draht 34 in Abständen
eine Anzahl von festen radioaktiven Teilchen 36 angeordnet
wird. Dieser Aufbau führt
dazu, daß einige
der festen radioaktiven Teilchen 36 weiter von der Längsachse 38 des
Instruments 10 entfernt sind als andere, was zu dem gezeigten asymmetrischen
Isodosenprofil 40 führt.
Eine Möglichkeit,
die gezeigte Konfiguration der radioaktiven Quelle 24 zu
erhalten, ist, aus einem massiven oder rohrförmigen Stück einer Legierung mit Formgedächtnis wie
einer der bekannten Nickel-Titan-Legierungen
mit einer solchen Eigenschaft den Draht 34 zu bilden. Der
Draht 34 kann in die gewünschte Form vorgeformt werden
und dann in eine im wesentlichen gerade Konfiguration gebracht werden,
um durch den Hohlraum 14 zu passen. Der Draht 34 nimmt dann
im Volumen 30 wieder die gewünschte Form an, in dem er frei
ist von den sterischen Behinderungen, die im Hohlraum 14 ausgeübt werden.
Die sich ergebende asymmetrische Isodosenkurve 40 kann weiter
dadurch abgestimmt werden, daß feste
radioaktive Teilchen 36 mit verschiedenen spezifischen Aktivitäten verwendet
werden, um die gewünschte Dosierung
zu erreichen.
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In
einer Ausführungsform
dienen das Volumen 30 und die Barriere 32 dazu,
das Zielgewebe von der Strahlungsquelle 24 zu trennen.
Im Idealfall wird bei der Bestrahlungstherapie der inherente Unterschied
in der Strahlungsempfindlichkeit zwischen dem Tumor und dem benachbarten
normalen Gewebe ausgenutzt, um das kanzerogene Gewebe zu zerstören, während das
umgebende normale Gewebe nur minimal gestört wird. Bei hohen Strahlungsdosen nimmt
jedoch der Anteil der bestrahlten Zellen, die die Behandlung überleben,
in erster Näherung
proportional zur erhöhten
Strahlungsdosis ab. Mit steigendem Zelltod steigt auch das Risiko
einer Nekrose oder von absterbendem Gewebe in dem gesundem Gewebe,
das mit einer hohen Strahlungsdosis behandelt wird. Entsprechend
sollte die maximale Strahlungsdosis, die von der Brachytherapievorrichtung
abgegeben wird, so gering wie möglich
sein, um gerade noch die gewünschte
therapeutische Dosis an den gewünschten
Gewebebereich abzugeben. Eine Möglichkeit,
dieses Ergebnis zu erhalten, ist, eine "heißere" Strahlungsquelle
in einem Abstand vom Zielgewebe vorzusehen. Auf diese Weise kann, da
die Intensität
der von einer Quelle emittierten Strahlung mit dem Quadrat des Abstands
von der Quelle abfällt,
die effektive Dosis in dem Zielgewebe, das der interstitiellen Brachytherapievorrichtung
am nächsten
ist, unter dem Nekrosepegel gehalten werden, während in einer größeren Tiefe
im Zielgewebe trotzdem die erforderliche Dosis erhalten wird. (Siehe z.B.
das US-Patent Nr. 5 913 813.) Die Möglichkeit, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bei gleichzeitiger Einstellung der Dosis in der Nähe der Vorrichtung
auf einen Wert, bei dem das Risiko einer Nekrose von gesundem Gewebe
gering ist oder nicht besteht, Absorptionsdosen tiefer in das Zielgewebe
abzugeben als bei den bisherigen interstitiellen Brachytherapievorrichtungen,
ermöglicht
eine Anwendung der Brachytherapie in einer größeren Anzahl von Fällen.
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Zum
Beispiel ist es wünschenswert,
eine interstitielle Brachytherapievorrichtung zu schaffen, die in
einem Abstand zwischen 0,5 und 1,0 cm vom äußeren Raumvolumen eine Strahlendosis
in einem therapeutischen Bereich von sagen wir zwischen 40 und 60
Gray abgibt, wenn das äußere Raumvolumen einen
Durchmesser von 4,0 cm hat und mit der Wand des Resektionshohlraums
in Kontakt steht. In einer typischen Ausführungsform liegt die Aktivität des Materials
für die
radioaktive Quelle im Bereich von etwa 5,6 bis 17 Gbg (150 bis 450
mCi) und umgibt den größten Teil
des Behandlungs-Zielbereichs mit einer Isodosenkontur von 0,4 bis
0,6 Gray/Stunde. Bei dieser Behandlungsrate kann die Behandlung
in etwa 3 bis 7 Tagen abgeschlossen werden, üblicherweise ist sie in etwa
3 bis 5 Tagen abgeschlossen.
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Bei
einigen Anwendungen ist das gewünschte
Dosisprofil mit der Form des äußeren Volumens 30 konsistent.
Das heißt,
daß die
absorbierte Dosis im Zielgewebe an von der Oberfläche 32 des äußeren Raumvolumens 30 gleich
weit entfernten Punkten im wesentlichen in jeder Richtung im wesentlichen gleichmäßig sein
soll. Anders gesagt, soll das von der Strahlungsquelle erzeugte
dreidimensionale Isodosenprofil im wesentlichen der Form des äußeren Raumvolumens 30 ähnlich sein.
Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung
in weichem Gewebe angewandt wird, kann es auch wichtig sein, daß die Oberfläche 32 des äußeren Raumvolumens 30 ausreichend
fest ist, um das Zielgewebe derart in die Form der Oberfläche 30 zu
drücken,
daß die
gewünschte
Beziehung zwischen den Isodosenprofilen und dem Zielgewebe erhalten
wird.
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Mit
der interstitiellen Brachytherapievorrichtung 10 der 1 kann
diese Technik vorteilhaft angewendet werden. Die Vorrichtung verändert jedoch für Anwendungen,
bei denen für
besonders empfindliches Gewebe oder aus anderen Gründen die
Dosis auf einer oder mehr Seiten der Vorrichtung begrenzt werden
soll, wie mit der Isodosenkurve 40 gezeigt das Isodosenprofil.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Brachytherapievorrichtung 50,
die in der 3 gezeigt ist, sind in einem
linearen Abschnitt 54 der Strahlungsquelle 56 drei
feste Strahlungsteilchen 52 vorgesehen, während in
sich koplanar erstreckenden Abschnitten 58, 60 der
Strahlungsquelle 56 zwei weitere Strahlungsteilchen 52 vorgesehen sind.
In der 3A ist eine Endansicht auf die
Vorrichtung 50 der 3 gezeigt,
wobei die vorstehenden Abschnitte 58, 60 in einer
einzigen Ebene 62 liegen und ein Isodosenprofil 64 ergeben.
Innerhalb der Außenseite 68 kann
auch eine zweite innere expandierbare Fläche 66 vorgesehen
sein; die Innenfläche 66 umschließt die Strahlungsquelle 56 zur
Gänze.
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Durch
das Vorsehen der vorstehenden Abschnitte 58, 60 mit
radioaktiven Teilchen in der angegebenen Beziehung werden auf gegenüberliegenden Seiten
der Vorrichtung Bereiche mit verringerter Dosis erzeugt, während in
alle anderen Richtungen eine symmetrische Dosierung erhalten bleibt.
Natürlich läßt sich
die Anzahl der Quellen und ihre Anordnung so verändern, daß eine gewünschte asymmetrische Dosis
erzeugt wird. Zum Beispiel kann eine weitere Quelle hinzugefügt werden,
zum Beispiel über
der Ebene 62, um in alle Richtungen, ausgenommen die Richtung
unter der Ebene 62, die eine geringere Dosis erhält, ein
symmetrisches Isodosenprofil zu erhalten.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 80,
die in der 4 gezeigt ist, umfaßt eine
Strahlungsquelle 82, die aus drei Drähten 84, 86, 88 besteht,
die jeweils eine Anzahl von festen Strahlungsteilchen aufweisen.
Der Draht 86 ist ein gerader Draht, der sich entlang der
Längsachse 90 der
Vorrichtung erstreckt, während
die Drähte 84, 88 gekrümmt sich
wie der Draht 34, der oben mit Bezug zur 1 beschrieben
wurde. Die Drähte 84, 88 sind
koplanar und ergeben ein Isodosenprofil 92, das dem Isodosenprofil 64 der 3A ähnlich ist.
Das heißt, das
Isodosenprofil ist in der Ebene, in der die Drähte 84, 88 liegen,
symmetrisch, während
es in den Richtung quer zu dieser Ebene (d.h. in der 4 in
den Richtungen in und aus der Ebene der Zeichnung) Bereiche mit
geringerer Dosierung aufweist. Wie bei der Vorrichtung 50 der 3 und 3A kann
die Vorrichtung 80 mit mehr oder weniger Drähten 84, 86, 88 versehen
werden und auch eine andere Konfiguration aufweisen als die gezeigte
koplanare, um ein gewünschtes
Isodosenprofil zu erhalten.
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Der
asymmetrische Dosierungseffekt, der mit den beschriebenen Vorrichtungen
erhalten wird, kann auch mit einer flüssigen Strahlungsquelle erreicht
werden. Zum Beispiel weist die Vorrichtung 100, die in
der 5 gezeigt ist, eine Außenfläche 102, die ein äußeres Volumen 104 festlegt,
und eine Innenfläche 106 auf,
die ein inneres Volumen 108 festlegt. Die Innenfläche 106 ist
asymmetrisch geformt oder bezüglich
der Längsachse 110 der
Vorrichtung 100 so angeordnet, daß sich die gewünschte asymmetrische
Dosierung ergibt, wenn das innere Volumen 108 mit einem
radioaktiven Fluid gefüllt
ist. Das innere Volumen 108 weist von der Außenfläche 102 einen
Abstand auf und kann mit einem Material gefüllt werden, das ein bestimmtes
Radionuklid enthält,
zum Beispiel I-125, I-131, Yb-169 und andere Strahlungsquellen,
etwa Radionuklide, die Photonen, Betateilchen, Gammastrahlen und
andere therapeutische Strahlen aussenden. Das radiaktive Material, das
sich im inneren Volumen 108 befindet, kann ein Fluid sein,
das aus einer Lösung
von Radionuklid(en) besteht, z.B. eine Lösung von Ir-192, I-125 oder I-131.
Das radioaktive Fluid kann auch aus einer Aufschlämmung eines
geeigneten Fluids mit kleinen Teilchen fester Radionuklide bestehen,
etwa Au-198, Y-90. Darüberhinaus
kann/können
das/die Radionuklid(e) in ein Gel eingebettet sein. Ein für die Erfindung nützliches
radioaktives Material ist IotrexTM, eine
sterile, nicht-pyrogene Lösung
für den
Einmalgebrauch, die Natrium 3-(125I)iodo-4-Hydroxybenzolsulfonat (125I-HBS) enthält und bei Proxima Therapeutics,
Inc., in Alpharetta, Georgia erhältlich
ist. Das innere Volumen 108 kann über eine Öffnung 112 mit dem
radioaktiven Fluid gefüllt
werden. Das äußere Volumen 104 kann
unter Verwendung der Öffnung 114 aufgeblasen
werden.
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Das
gewünschte
asymmetrische Dosisprofil mit den oben beschriebenen Dosierungseigenschaften
kann auch durch die Verwendung einer asymmetrischen Abschirmung
zwischen der Strahlungsquelle und dem Zielgewebe erreicht werden,
wie es in den 6 bis 9 bezeigt
ist. Bei der Vorrichtung 120 der 6 befindet
sich am distalen Ende eines Katheters 124 ein Ballon 122.
Längs der
Längsachse 128 der
Vorrichtung sind radioaktive Teilchen 126 angeordnet. Ein
Teil der Oberfläche,
entweder die innere oder die äußere, des
Ballons 122 ist mit einem strahlungsundurchlässigen Material 130 beschichtet, um
die asymmetrische Isodosenkurve 132 zu erhalten. Strahlungsundurchlässige Materialien,
die zum Beschichten der Polymeroberfläche des Ballons 122 geeignet
sind, sind zum Beispiel Barium, Wolfram, Wismut, Tantal und Zinn.
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In
der 7 ist eine weitere Vorrichtung 140 mit
einer strahlungsundurchlässigen
Abschirmung 142 gezeigt. Die Vorrichtung 140 umfaßt eine äußere Volumenfläche 144 und
eine innere Volumenfläche 146.
Die Innenfläche 146 kann
eine flüssige
Strahlungsquelle enthalten oder wie die Vorrichtung 120 (6)
ein oder mehrere feste Teilchen umschließen. Bei der Vorrichtung 140 ist
auf einen Teil entweder der Innen- oder Außenseite der inneren Volumenfläche 146 das
strahlungsundurchlässige
Material 142 aufgebracht, was zu dem gewünschten
asymmetrischen Isodosenprofil 148 führt.
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In
den 8 und 9 sind weitere Vorrichtungen 160, 180 mit
Strahlenabschirmungen 162 gezeigt. In diesen Vorrichtungen 160, 180 sind
in einem Abstand von einer Strah lungsquelle (nicht gezeigt), die
in der Längsachse 164 der
Vorrichtung liegt, zwischen dieser und dem Zielgewebe eine oder
mehrere Strahlenabschirmungen 162 vorgesehen. Das Zielgewebe
befindet sich außerhalb
der expandierbaren Oberfläche 166.
Die Strahlungsquelle kann wie oben angegeben eine Flüssigkeit
sein oder eine feste Strahlungsquelle. Die Abschirmung 162 kann
aus einem der oben für
die strahlenundurchlässige
Beschichtung angegebenen strahlungsundurchlässigen Materialien sein und
sich in Längsrichtung
von einer Basis weg erstrecken, die sich in der expandierbaren Fläche 166 befindet.
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Wie
in der 8 gezeigt, umfaßt die Vorrichtung 160 zwei
Strahlenabschirmungen 162 auf gegenüberliegenden Seiten des Katheters 168.
Ein solcher Aufbau führt
zu einer niedrigeren Strahlendosis auf den beiden Seiten der Vorrichtung 160,
an denen sich die Abschirmungen 162 befinden, wie es die
Isodosenkurve 170 zeigt. Die Vorrichtung 180 (9) umfaßt einen
einzigen Strahlenschirm 162, mit der Folge der gezeigten
asymmetrischen Isodosenkurve 182. Der Fachmann erkennt,
daß zum
Erzielen der gewünschten
Isodosenkurven auch andere Konfigurationen verwendet werden können.
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Die
erfindungsgemäße interstitielle
Brachytherapievorrichtung kann zur Behandlung einer Vielzahl von
bösartigen
Tumoren verwendet werden und ist besonders bei der Behandlung von
Gehirn- und Brusttumoren von Nutzen.
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Viele
Brustkrebspatienten sind Kandidaten für eine brustkonservierende
Chirurgie, auch als Lumpektomie bezeichnet, eine Prozedur, die im
allgemeinen bei einem kleinen Tumor in einer frühen Stufe angewendet wird.
Auf die brustkonservierende Chirurgie folgt in der Regel eine postoperative
Strahlungstherapie. In Studien wurde festgestellt, daß das Wiederauftreten
des Brustkrebses nach der konservierenden Chirurgie zu 80% in der
Nähe der
ursprünglichen
Tumorstelle erfolgt, was darauf hinweist, daß eine starke Bestrahlung des
Tumorbettes mit lokaler Strahlung zur Verabreichung einer hohen Dosis
verbleibenden Krebs abtöten
kann und das Wiederauftreten an der ursprünglichen Stelle verhindert.
Die beschriebene Vorrichtung kann entweder für die primäre oder eine unterstützende Therapie verwendet
werden. Zahlreiche Studien und klinische Untersuchungen haben gezeigt,
daß die Überlebensrate
bei geeigneten Patienten bei der konservierenden Chirurgie plus
Strahlentherapie gleich ist wie bei der Mastektomie.
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Die
Chirurgie und Strahlentherapie sind auch die Standardbehandlungen
für bösartige
feste Gehirntumore. Das Ziel der Chirurgie ist es, so viel vom Tumor
zu entfernen wie möglich,
ohne lebenswichtiges Gehirngewebe zu schädigen. Die Möglichkeit
zur Entfernung des ganzen bösartigen
Tumors wird durch dessen Tendenz beschränkt, in benachbartes normales
Gewebe einzudringen. Ein teilweises Entfernen verringert die Größe des Tumors,
der durch eine Strahlentherapie zu behandeln ist, und trägt in einigen
Fällen
dazu bei, Symptome durch eine Verringerung des Drucks auf das Gehirn
zu beseitigen.
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Die
Behandlung dieser und anderer bösartiger
Tumore beginnt mit der chirurgischen Resektion an der Tumorstelle,
um wenigstens einen Teil des kanzerogenen Tumors zu entfernen und
einen Resektions-Hohlraum zu schaffen. Nach der Resektion des Tumors,
jedoch noch vor dem Verschließen
der chirurgisch behandelten Stelle plaziert der Chirurg intraoperativ
einen interstitiellen Brachytherapiekatheter mit einem inneren Raumvolumen
und einem äußeren Raumvolumen
wie oben beschrieben, jedoch noch ohne radioaktives Quellenmaterial,
im Resektions-Hohlraum des Tumors. Nachdem der Patient sich ausreichend
von dem Eingriff erholt hat, wird der interstitielle Brachytherapiekatheter
mit einer Strahlungsquelle beschickt. Die radioaktive Quelle bleibt
in dem Katheter, bis die vorgegebene Dosis für die Strahlentherapie abgegeben
wurde, in der Regel für etwa
eine Woche oder weniger. Die Strahlungsquelle wird dann entnommen
und der Katheter entfernt. Die Strahlenbehandlung kann mit dem Entfernen
der Brachytherapievorrichtung beendet sein oder durch weitere Dosen
von von außen
eingestrahlter Strahlung ergänzt
werden.
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Die
obige Beschreibung stellt nur beispielhaft das Prinzip der vorliegenden
Erfindung dar, und es können
verschiedene Modifikationen erfolgen, ohne vom Umfang der Erfindung,
wie er in den Patentansprüchen
angegeben ist, abzuweichen.