-
Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung
mit der Seriennummer 60/365,712 mit dem Titel „X-ray apparatus for radiation
therapy", angemeldet
am 20. März
2002. Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung
zur Bereitstellung einer Röntgenstrahlungstherapie
und insbesondere eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer Röntgenstrahlungstherapie
mit einer Realzeitstabilisierung des Betriebsstroms und somit der
Dosisleistung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur
Röntgenstrahlerzeugung
mit Betriebsstromregelung.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die
Verwendung von Röntgenstrahlung
für medizinische
und nicht medizinische Anwendungen ist wohlbekannt. Auf dem medizinischen
Gebiet ist die Röntgenstrahlungstherapie
eine allgemein verwendete und anerkannte Praxis bei der Behandlung einer
Krankheit, einschließlich,
aber nicht beschränkt auf
z.B. Tumore, bestimmte Hautkrankheiten und/oder gutartige Zustände. Geschichtlich
hat die Behandlung zuerst äußere Röntgenquellen
verwendet, welche der Zielstelle Röntgenstrahlung zugeführt haben.
Wo die Zielstelle eine innere Zielstelle war, z.B. ein Tumor, musste
die angewandte Röntgenstrahlung
die Haut und anderes weiches Gewebe und möglicherweise einen Knochen
auf ihrem Weg zur Zielstelle durchqueren, was zu einer Beschädigung und
Verbrennung dieser Gewebe geführt
hat. Neben anderen Gründen
hat dieser Nachteil der Röntgentherapie
unter Verwendung externer Röntgenquellen
dazu geführt,
dass innovative Personen Vorrichtungen und Verfahren zur internen
Röntgenstrahlerzeugung
angestrebt haben.
-
Allgemein
gibt es zwei grundlegende Arten von Röntgenvorrichtungen, welche
sich heute im Gebrauch befinden. Eine Art beruht auf einem Aufheizen
einer Elektronenquelle, um thermionisch einen Strahl von Elektronen
zu erzeugen, welche dann über
einen Vakuumzwischenraum auf ein Targetmaterial gelenkt werden,
z.B. Gold oder Wolfram oder ein anderes Material mit einer hohen
Ordnungszahl. Röntgenstrahlen
werden erzeugt, wenn der Strahl das Target trifft. Bei der zweiten
Art, welche als ein Feldemissionsemitter bekannt ist, zieht ein
elektrisches Feld Elektronen aus einer Kathode über einen Vakuumzwischenraum
in Richtung einer Anode, um ein Targetmaterial zu treffen und die
Röntgenstrahlung
zu erzeugen. Bei beiden Arten wird der erzeugte Elektronenstrahl
durch ein Hochvakuum geleitet, um einen elektrischen Durchschlag
und eine Dissipation des Elektronenstrahls – und eine nachfolgende Verringerung
der Strahlintensität – durch
Atome im Zwischenraum zu verhindern.
-
Röntgenemitter
für medizinische
und nicht medizinische Verwendungen nehmen viele Formen an. Zum
Beispiel verwendet eine bekannte Emitterart eine Röntgenquelle
zur intrakavitären
Bestrahlung. Die Quelle umfasst ein Gehäuse, eine längliche rohrförmige Sonde,
eine Targetanordnung und einen aufblasbaren Ballon. Das Gehäuse schließt eine
thermionische Elektronenkanone ein und umfasst Elemente, um den
im Gehäuse
erzeugten Elektronenstrahl in die rohrförmige Sonde zu lenken. Die
rohrförmige Sonde
erstreckt sich entlang einer Mittelachse vom Gehäuse um den Strahlenweg. Die
Targetanordnung erstreckt sich entlang der Mittelache und ist mit
dem vom Gehäuse
distalen Ende der Sonde gekoppelt. Die Targetanordnung umfasst ein
Targetelement, welches im Strahlweg positioniert ist, und welches eingerichtet
ist, um als Antwort auf den aufprallenden Elektronenstrahl Röntgenstrahlen
zu emittieren. Der Ballon ist am distalen Ende der Sonde befestigt
und ist aufblasbar, so dass, wenn dieses Sondenende in eine Körperhohlraum
eingeführt ist,
der Ballon aufgeblasen werden kann, um den Hohlraum zu einer bekannten
Form auszudehnen.
-
Die
vorhergehend beschriebene Vorrichtung weist mehrere Nachteile auf.
Erstens weist das Röntgensystem
in der Anwesenheit eines magnetischen Felds eine inhärente Instabilität seines
Elektronenstrahls auf. Da der thermionisch erzeugte Elektronenstrahl
die Länge
der Sonde zwischen der Elektronenkanone und der Targetanordnung
durchqueren muss, können
externe magnetische Streufelder bewirken, dass der Strahl vom Ziel
weg abgelenkt wird, was eine Änderung
des erzeugten Röntgenstrahlungsflusses
bewirkt und die Berechnung der wirklich vom Patienten empfangenen
Dosis verkompliziert. Um diesen Nachteil zu behandeln, benötigt das
System ein zusätzliches
System zur Steuerung der Strahlrichtung. Ein anderer Nachteil ist,
dass die Vorrichtung eine Elektronenkanone umfasst, was sowohl die
Kompliziertheit als auch die Kosten deutlich erhöht. Noch eine andere Unzulänglichkeit
bei diesem System ist, dass der aufgeblasene Ballon die Position
der Röntgenquelle
relativ zum Körper
des Patienten nicht festlegt, und somit ein zusätzliches System benötigt, um
sicherzustellen, dass sich der Röntgenemitter
in der richtigen Position am zu bestrahlenden Gewebe befindet.
-
Eine
andere Röntgenvorrichtung
verwendet eine Röntgennadel
für eine
interstitielle Strahlungsbehandlung. Diese Vorrichtung umfasst ein
längliches
Röntgenrohr,
welches an einem Ende des Rohrs mit einer Elektronenkanone gekoppelt
ist, und ein Umwandlerelement, welches die Elektronenenergie in
die Röntgenenergie
umwandelt und welches am anderen Ende des Rohrs angeordnet ist.
Die Röntgenquelle
umfasst eine Zylinderspule, welche um das Rohr gewickelt ist, zur
Bereitstellung eines Magnetfelds, welches die emittierten Elektronen
innerhalb eines engen Strahls eingrenzt. Ein längliches Außengehäuse schließt das Rohr und die Spule ein. Die
Röntgenquelle
umfasst ebenfalls ein Kühlsystem zum
Entfernen der Wärme,
welche durch den Umwandler und die Magnetspule erzeugt wird. Die Nachteile
der offenbarten Röntgenquelle
sind ihre relative Kompliziertheit, ihre große Größe und der Mangel an adäquaten Mitteln
zur Abgabe einer optimalen Strahlungsdosisverteilung über das
vorherbestimmte Volumen des Zielgewebes.
-
Eine
andere bekannte Röntgenvorrichtung verwendet
eine Miniaturröntgenröhre mit
einer Gleichstromquelle und einer Feldemissionskathode. Die Röhre weist
eine Nadelkathode entlang ihrer Achse und ein Austrittsfenster am
Ende der Röhre hinter
der Kathode auf. Die Röhre
erzeugt Röntgenstrahlung
entlang der Achse der Vorrichtung. Sie ist nicht eingerichtet für eine Behandlung
von Tumoren im Körper
und kann nicht dafür
verwendet werden. Ein anderer Nachteil der Röntgenröhre ist eine Abwesenheit der
Möglichkeit,
den Betriebsstrom und die Betriebsspannung unabhängig voneinander zu steuern.
Dieser spezielle Nachteil verhindert eine Reproduzierbarkeit der
Herstellung.
-
Bei
der Verwendung von Röntgenstrahlen zur
medizinischen Therapie ist es wichtig, dass die richtige Dosisleistung
angewandt wird. Die Dosis hängt
von der Energie der Röntgenstrahlen
und der Intensität
des Strahls der Röntgenstrahlen
ab. Bei Feldemissionsvorrichtungen erhöht eine Erhöhung der Spannung des elektrischen
Felds die Energie der Röntgenstrahlen,
während
eine Erhöhung
des Stroms die Intensität
des Strahls erhöht.
Röntgenstrahlen
mit einer höheren
Energie dringen in größere Tiefen
im Körpergewebe
ein, so dass eine Spannungssteuerung bei der Steuerung der Energie
wichtig ist, um eine unnötige
Beschädigung
gesunden Gewebes aufgrund einer ungewünschten Eindringtiefe der Röntgenstrahlen
zu vermeiden. Der Strahlfluss hängt
auch von dem Zwischenraum zwischen der Anode und der Kathode ab.
Vergrößern des
Zwischenraums verringert den Strahlfluss und umgekehrt.
-
Eine
ungewünschte
Eigenschaft von bekannten Feldröntgenemittervorrichtungen
ist das Unvermögen,
die Dosisleistung genau zu steuern. Ein Grund für diesen Mangel an Kontrolle
ist, dass die Erzeugung des Elektronenstrahls von der Kathode unregelmäßig sein
kann. Das heißt,
aufgrund von nicht kontrollierbaren Änderungen des Zustands der
elektronenemittierenden Oberfläche
der Kathode sind Feldemitter für
die Instabilität
ihres Stroms bekannt, welcher sich um einen Faktor 2 ändern kann.
Aufgrund der Uneinheitlichkeit des Stroms und somit des Röntgenstrahlflusses,
kann die während
einer speziellen Therapiesitzung angewandte Dosis nicht gut bekannt
sein, was zu einer uneinheitlichen Behandlung und zu uneinheitlichen
Ergebnissen führt.
Die einzige sichere Weise zu wissen, dass ein bestimmtes medizinisches
Problem adäquat
behandelt worden ist, ist Strahlung mit einer vorausgesetzten Rate anzuwenden,
welche die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung gesunden Gewebes erhöht.
-
Es
gibt einen Bedarf an einer Vorrichtung und einem Verfahren, welche
bzw. welches es einem Bediener einer Röntgenvorrichtung ermöglicht,
die Energie bzw. Intensität
eines emittierten Röntgenstrahls
durch eine unabhängige
Regelung der Spannung bzw. des Betriebsstroms zu regeln. Es wäre wünschenswert,
eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren zur Verwendung
in Standardbetriebsräumen
zu haben, welche momentan nicht verwendet werden können, wo
Strahlung durch weithin verwendete natürlich auftretende radioaktive
Isotope, z.B. Iridium 192, geliefert wird, aufgrund eines mangelnden
Schutzes vor der stark durchdringenden Strahlung, welche von solchen
Quellen erzeugt wird. Es wäre
auch wünschenswert,
eine Röntgenvorrichtung
zu haben, welche nicht auf die Weise von eine Elektronenkanone verwendenden
Röntgenquellen auf
die externen Magnetfelder empfindlich ist. Zusätzlich wäre es wünschenswert, dass eine solche Vorrichtung
und ein solches Verfahren eine preisgünstige Quelle ionisierender
Strahlung für
Strahlungsbrachytherapie von Gehirn-, Brust-, Prostata- und anderen
Tumoren oder zur Strahlungsbrachytherapie von medizinischen Problemen
bereitstellt, welche nicht Tumore betreffen, z.B. eine Makuladegeneration
im Auge. Die US 2001/0016031 offenbart ein Stromsteuersystem für eine Feldemissionskathode, welches
bei einem Röntgenemitter
zur medizinischen Behandlung verwendet wird. Die WO 01/18842 deutet
an, dass der Strom einer Feldemissionskathode vom Zwischenraum zwischen
einer Anode und einer Kathode einer Röntgenquelle, im Fall einer
gegebenen Spannung zwischen diesen, abhängt. Jedoch ist der Zwischenraum
zwischen der Anode und der Kathode immer noch fest.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Strahlungstherapie
bereit, welche es dem Bediener ermöglicht, eine unabhängige Kontrolle
der Spannung und des Betriebsstroms auszuüben, und welche dem Bediener
somit die Fähigkeit
verleiht, die angewandte Strahlungsdosis zu stabilisieren, welche der
Zielstelle zugeführt
wird. Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Feldemissionskathode, welche als Antwort auf
einen angewandten Betriebsstrom einen Elektronenstrahl erzeugt,
und eine Anode aufweisen, welche ein Targetmaterial aufweist, das
Röntgenstrahlen
erzeugt, wenn es von dem Elektronenstrahl getroffen wird. Die Kathode und
Anode sind durch einen Zwischenraum getrennt, dessen Größe als Antwort
auf die Röntgenleistungsabgabe
der Vorrichtung veränderbar
ist, um die Dosis auf dem gewünschten
Niveau aufrechtzuerhalten.
-
Ein
Verfahren zur Verwendung der vorliegenden Erfindung wird die Schritte
Identifizierung einer Zielstelle für Strahlungstherapie; Anordnung
einer Feldemissionsröntgenvorrichtung,
welche eine Kathode und eine Anode aufweist, die durch einen Zwischenraum
getrennt sind, in der Nähe
der Zielstelle; Überwachung
des Betriebsstroms der Röntgenvorrichtung;
und Einstellung des Zwischenraums einschließen, um den gewünschten
Betriebsstrom aufrechtzuerhalten. Die Einstellung des Zwischenraums ermöglicht es
dem Bediener, den Betriebsstrom zu regeln, wodurch eine Kompensierung
von möglichen Instabilitäten der
Feldemission von Elektronen ermöglicht
wird, einschließlich,
aber nicht beschränkt auf,
Instabilitäten,
welche durch den Zustand der Kathodenemissionsoberfläche, einen
Drift der Betriebsparameter mit der Zeit und die Temperatur verursacht
werden.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann eine Röntgenvorrichtung ein Vakuumgehäuse und
eine daran angebrachte Sonde aufweisen. Die Sonde kann eine längliche,
rohrförmige
oder nadelartige Ausgestaltung aufweisen. Das distale Ende der Sonde
kann eine Schwermetallanode und eine Feldemissionskathode aufweisen,
welche durch ein Vakuumzwischenraum getrennt sind, wobei die Anode
und die Kathode zur Erzeugung von Röntgenstrahlen vorgesehen sind,
wenn eine Betriebsspannung zwischen ihnen angelegt wird. Für den Bediener
wird durch die Einbeziehung eines Einstellmechanismus zum Einstellen
der Zwischenraumgröße eine
unabhängige
Regelung des Betriebsstroms bereitgestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann der Einstellmechanismus die Form eines Lineartranslators
annehmen.
-
Zur
Abgabe einer vorherbestimmten Strahlungsdosis wird das distale Sondenende
in den Körper
in der Nähe
der vorhergehend identifizierten Zielstelle oder Behandlungsstelle eingeführt, und
die Betriebsspannung wird über
einen vorherbestimmten Zeitraum hinweg angelegt. Für eine optimale
Strahlungsverteilung entlang des Behandlungsbereichs kann ein Rückzugsmechanismus
vorgesehen sein, welcher es dem Bediener ermöglicht, die Sonde während eines
Strahlungstherapieverfahrens stufenweise zu positionieren und, falls
gewünscht,
zu drehen.
-
Die
Kathode ist zur Elektronenemission eingerichtet, wenn eine Betriebsspannung
zwischen den Elektroden angelegt ist. Wenn die von der Kathode emittierten
Elektronen auf die Anode auftreffen, werden die Röntgenstrahlen
in einem vorherbestimmten räumlichen
Muster abgestrahlt. Das Strahlungsmuster kann sich für verschiedene
Realisierungen der Vorrichtung ändern.
Die Eindringtiefe von Röntgenstrahlung
in Gewebe ist durch die Betriebsspannung definiert und ist für das Verfahren
vorherbestimmt.
-
Die
vorliegende Erfindung sowie ihre verschiedenen Merkmale und Vorteile
werden für
Fachleute ersichtlich werden, wenn die folgende Beschreibung der
Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren, die unten kurz
beschrieben sind, und den beigefügten
Ansprüchen
gelesen wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
-
1 stellt
ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in einer teilweisen Querschnittsansicht,
teilweisen schematischen Draufsicht dar.
-
2a–2d stellen
verschiedene alternative Ausführungsbeispiele
des distalen Endes einer Sonde einer Röntgenvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
-
3 stellt
ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel
des distalen Sondenendes einer Röntgenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
-
4 stellt
schematisch eine Röntgenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung dar, welche einen Ballon und einen Rückzugsmechanismus umfasst.
-
5 stellt
schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel
einer Röntgenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
-
6 zeigt
schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel
einer Röntgenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei ein Inchworm-Linearmotor verwendet wird, um die
Zwischenraumgröße einzustellen.
-
7 stellt
eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf die Behandlung einer
Makuladegeneration dar.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Ein
Ausführungsbeispiel
einer Röntgenvorrichtung
mit Zwischenraumgrößenregelung 100 ist
in 1 gezeigt. Die Vorrichtung 100 umfasst
ein Gehäuse 102,
welches eine Vakuumkammer 104 definiert. Das Gehäuse 102 kann
im Wesentlichen jede gewünschte
Form annehmen und weist, wie gezeigt, eine im Wesentlichen zylinderförmige Ausgestaltung auf.
Das Gehäuse 102 kann
einen Kragen 106 umfassen, welcher, falls gewünscht und
wie gezeigt, in das Gehäuse 102 integriert
sein kann. Der Kragen 106 bildet eine Öffnung 108 in das
Gehäuse 102 aus, welche
eingerichtet ist, um eine Sonde 110 aufzunehmen, welche
proximale bzw. distale Enden 112 bzw. 114 aufweist.
Der Kragen 106 nimmt das proximale Ende 112 in
einem abdichtenden Ein griff auf, um das Vakuum im Gehäuse 102 zu
bewahren. Während
in der Figur ein hervorragender Kragen 106 dargestellt ist,
können
bei der vorliegenden Erfindung andere bekannte Formen von abdichtenden
Eingriffen und Ausgestaltungen für
dieselben ebenso leicht verwendet werden, solange ein Vakuum aufrechterhalten werden
kann.
-
Die
Sonde 110 kann eine längliche,
rohrförmige
oder nadelartige Ausgestaltung aufweisen, wie in der Figur dargestellt.
Man wird verstehen, dass, während
die Ausführungsbeispiele
einer in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Sonde,
die hier gezeigt sind, als rohrförmig
oder nadelartig beschrieben werden, solche Beschreibungen nur beispielhaft
sind und dass bei der vorliegenden Erfindung auch andere Formen
verwendet werden könnten,
falls sie für
ein spezielles Verfahren nützlich sind.
Somit umfasst die Sonde 110 eine Außenwandstruktur 116,
hier eine zylinderförmige
Wand 116, welche Innen- bzw. Außenoberflächen 118 bzw. 120 aufweist,
und welche einen hohlen Innenraum 122 definiert, der durch
sein offenes proximales Ende 112 in Verbindung mit der
Vakuumkammer 104 steht, und somit ebenfalls als ein Vakuum
aufrechterhalten wird. Das andere offene distale Ende 114 ist
durch eine Anodenelektrode 124 abdichtend eingeschlossen, welche
eine Endkappe für
die Sonde 110 ausbildet. Die Anode 124 umfasst
einen nach innen hervorragenden Anschlussabschnitt 126,
welcher in der Sonde 110 aufgenommen wird, und einen Ansatz 128, welcher
sich in Eingriff mit dem Ende der Sonde 110 befindet. Die
Anode 124 kann auf jede bekannte Weise, z.B. durch Löten, abdichtend
an der Sonde 110 angebracht sein. Bei einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann die Anode 124 aus Aluminium
hergestellt sein und kann eine dünne
Schicht (0,25–0,5 μm) aus Gold,
Wolfram oder einem anderen bekannten Schwermetall 130 aufweisen,
welche auf die Anodenoberfläche
abgeschieden ist.
-
Eine
Feldemissionskathodenelektrode 132 ist im Wesentlichen
innerhalb des Sondeninnenraums 122 angeordnet. Die Kathode 132 weist
proximale und distale Enden 134 und 136 auf. Die
Kathode 132 ist im Wesentlichen mittig in der Sonde 110 entlang
ihrer Längsachse
angeordnet, wodurch eine Berührung
der Sondenwand 116 vermieden wird. Die Kathode 132 ist
bevorzugt mit einer isolierenden Schicht 138 verkleidet,
um während
des Betriebs der Vorrichtung 100 einen elektrischen Hochspannungsdurchschlag
zwischen der Kathode 132 und der Sonde 110 zu
vermeiden, welche mit der Anode 124 verbunden ist. Die
isolierende Schicht 132 ist bevorzugt aus einem Material
mit hoher Durchschlagsfestigkeit hergestellt.
-
Die
Kathode 132 ist von der Anode 124 durch einen
Zwischenraum 140 beabstandet. Wenn eine Betriebsspannung über den
Zwischenraum 140 zwischen der Kathode 132 und
der Anode 124 angelegt ist, emittiert die Spitze 142 der
Kathode 132 Elektronen 144 (welche nur zu Darstellungszwecken
größenmäßig stark übertrieben
gezeigt sind), welche sich über
den Zwischenraum 140 zur Anode 124 bewegen, wie
durch einen Richtungspfeil 146 angezeigt. Der Krümmungsradius
der scharfen Spitze 142 befindet sich in einem Bereich
von mehreren 10 μm. Wenn
die von der Kathode 132 emittierten Elektronen 144 auf
die Anode 124 auftreffen, werden von der Anode Röntgenstrahlen
in einem räumlichen Muster 148 abgestrahlt.
-
Die
Eindringtiefe von von der Anode 124 emittierter Röntgenstrahlung
in Gewebe ist durch die angelegte Betriebsspannung definiert. Während eines
Strahlungstherapieverfahrens wird eine vorgewählte Betriebsspannung angelegt,
wie vorhergehend erörtert,
und die Feldemissionskathode 132 beginnt, Elektronen 144 zu
emittieren, wodurch ein Betriebsstrom durch den Vakuumzwischenraum
erzeugt wird. Die Stärke
dieses Stroms hängt
teilweise von der Größe des Vakuumzwischenraums 140 ab. Wie
vorher angemerkt, sind bei bekannten Röntgenemittern Zwischenräume mit
fester Größe vorgesehen,
was die Fähigkeit
des Bedieners einschränkt, die
vom Patienten empfangene Strahlungsdosis zu regeln. Die vorliegende
Erfindung liefert einem Bediener eine bessere Kontrolle der Strahlungsdosis, indem
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einstellen der Zwischenraumgröße bereitgestellt
wird, wie unten weiter beschrieben werden wird.
-
Somit
ist, wie in 1 ersichtlich, das proximale
Ende 134 der Kathode 132 an einem Isolator 148' angebracht,
welcher wiederum an einem beweglichen Schaft 150 an dessen
distalem Ende 152 befestigt ist. Das proximale Ende 154 des
beweglichen Schafts 150 weist ein Feingewinde auf und befindet
sich über
einen biegsamen Balg 156 in Eingriff mit einer Translationsstufe 158.
Die Translationsstufe 158 ist mit einem starren Rohr 160,
welches in die Basisplatte 162 des Vakuumgehäuses 102 geschweißt ist,
am Vakuumgehäuse 102 befestigt.
-
Die
Translationsstufe 158 umfasst eine Gewindemutter 164,
welche das proximale Gewindeende 154 des Schafts 150 einfädelnd aufnimmt.
Der Außenumfang 166 der
Mutter 164 wird von einer entsprechend ausgestalteten Ausnehmung 168 in
der Innenoberfläche 170 des
Rohrs 160 drehend aufgenommen. Die Mutter 164 ist
an einem Rotor 172 eines Schrittmotors 174 angebracht.
Eine Drehung des Rotors 172 durch den Motor 174 bewirkt,
dass sich die Mutter 164 dreht, wodurch in Abhängigkeit
von der Drehrichtung des Rotors das proximale Ende 154 des
Schafts 150 in die Mutter 164 hinein- oder aus
ihr herausgefädelt
wird. Wenn sich der Schaft 150 in die Mutter 164 hineinfädelt oder
aus ihr herausfädelt,
bewegt sich die Spritze 142 der Kathode 132 weg
von der Anode 124 oder auf sie zu, was die Größe des Zwischenraums 140 ändert und
somit den Betriebsstrom über
den Zwischenraum 140 reguliert. Eine Vergrößerung der
Zwischenraumgröße verringert den
Betriebsstrom, während
eine Verringerung der Zwischenraumgröße den Betriebsstrom vergrößert.
-
Die
Betriebsspannung für
die Vorrichtung 100 wird. durch eine Hochspannungsgleichstromquelle 176 geliefert,
welche durch einen geeigneten isolierten Verbinder 178 mit
der Kathode 132 verbunden ist. Der Verbinder 178 erstreckt
sich. durch die Basisplatte 162 durch eine Hochspannungsdurchführung 180.
Falls gewünscht,
kann der elektrische Verbinder, welcher sich von der Durchführung 180 erstreckt,
ein nicht isolierter Draht 182 sein. Die Gleichstromquelle 176 sollte
eingerichtet. sein, um eine Betriebsspannung im Bereich von ungefähr 10 bis
ungefähr
50 kV über
den Vakuumzwischenraum 140 bereitzustellen.
-
Während eines
Röntgenstrahlungstherapieverfahrens
wird eine gewünschte
Strahlungsdosis, welche eine Funktion der Dosisleistung und des
Zeitraums ist, über
welchen die Strahlung angewandt wird, bestimmt werden, und die entsprechende Spannung
und der entsprechende Strom wird gewählt werden, um die gewünschte Dosisleistung
und Bestrahlungszeit unter Verwendung einer Steuereinrichtung 184 bereitzustellen.
Da der Betriebsstrom sich aufgrund von Änderungen des Zustands der
Kathodenoberfläche ändern kann,
bietet, wie angemerkt, die vorliegende Erfindung dem Bediener die Möglichkeit,
den Betriebsstrom durch Einstellen der Zwischenraumgröße 140 zu
stabilisieren. Zu diesem Zweck wird die Hochspannungsquelle 176 einen
(in der Figur nicht gezeigten) entsprechenden Stromsensor umfassen,
welcher den Stromwert über
eine Rückkopplungsschleife 186 zur
Steuereinrichtung 184 schickt. Als Antwort auf dieses Stromsignal
wird die Steuereinrichtung 184 das entsprechende Signal durch
einen entsprechenden Verbinder 188 zum Motor 174 schicken.
Das Signal wird bewirken, dass der Motor die Mutter 164 in
der entsprechenden Richtung dreht, um die Zwischenraumgröße und den
Betriebsstrom entsprechend einzustellen. Auf diese Weise kann der
vom Bediener für
das Verfahren ausgewählte
Strom mit einer hohen Genauigkeit durch die Rückkopplungsschleife bei jedem
vorgewählten Strombetriebswert
stabilisiert werden. Das heißt, durch
Einstellen der Zwischenraumgröße wird
der Betriebsstrom stabilisiert, so dass die gewünschte Dosisleistung beim vorherbestimmten
Wert über
den vorherbestimmten Bestrahlungszeitraum stabilisiert wird (welcher
ebenfalls durch die Steuereinrichtung 184 unter Verwendung
wohlbekannter Zeitmesserelektronik dafür überwacht wird), wodurch die
gewünschte
gesamte Strahlungsdosis für
die spezielle Strahlungstherapie bereitgestellt wird.
-
Eine
Aufrechterhaltung des Vakuums in der Vorrichtung 100 ist
wichtig für
ihr richtiges Funktionieren. Zu diesem Zweck kann die Sonde 110 aus
Aluminium hergestellt sein, so dass ein Anschweißen der Sonde an der Anode 124 am
Ansatz 128, um die Sonden-Anoden-Verbindung abzudichten,
verhältnismäßig leicht
vorgenommen werden kann. Zusätzlich
kann die Basisplatte 162 mit dem Vakuumgehäuse 102 und
kann das Rohr 160 mit der Basisplatte 162 durch
vakuumdichte Schweißnähte verbunden sein.
Das Ultrahochvakuum (10–7–10–9 Torr),
welches allgemein für
den Betrieb von Feldemissionsvorrichtungen benötigt wird, wird durch eine
(in der Figur nicht gezeigte) Vakuumpumpe erreicht, welche das Vakuumgehäuse 102 über ein
Rohr 190 entleert. Wenn die Ausgasung und das Auspumpen
der Vakuumkammer 104 fertig ist, wird das Rohr 190 abgedichtet
und abgeklemmt. Ein Getter 192 erhält das Hochvakuum im Vakuumgehäuse 102 aufrecht, nachdem
die Vorrichtung 100 von der Vakuumpumpe getrennt ist. Der
Getter 192 kann durch einen Niederspannungsstrom reaktiviert
werden, welcher durch einen Verbinder 194 über eine
Durchführung 196 in der
Basisplatte 162 geliefert wird. Der Getter 192 kann
mit einem geeigneten Verbinder 198 mit dem Gehäuse 102 verbunden
sein, um einen Stromkreis zu vervollständigen. Wie in der Technik
bekannt ist, ist der Letter 192 zur Aufnahme von Vakuumverunreinigungen
vorgesehen, um das Vakuum auf dem gewünschten Niveau zu bewahren.
-
Zusätzlich zur
Bereitstellung einer Dosisregelung, welche man im Stand der Technik
nicht findet, kann die vorliegende Erfindung auch eine Vielfalt von
Röntgenstrahlenverteilungsmustern
für verschiedene
Behandlungssituationen bereitstellen. Beispiele für alternative
Ausführungsbeispiele
von solchen und detailliertere Ansichten des distalen Endes der
Sonde sind in 2a–2d gezeigt.
Jede der in den Figuren gezeigten Sonden ist bei dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, welches in 1 dargestellt
ist, nützlich.
-
Unter
Bezugnahme auf 2a umfasst ein distales Sondenende 200 eine
aus Beryllium hergestellte Anode 202, welche daran vakuumabgedichtet ist.
Die Anode 202 umfasst eine dünne Schicht 204 aus
Schwermetall, welche durch derartige bekannte Mittel wie Aufdampfung
daran angebracht ist. Eine Feldemissionskathode 206, welche
mit einer isolierenden Schicht 208 verkleidet ist, emittiert
beim Anlegen des Betriebsstroms Elektronen 210 (welche stark übertrieben
detailliert dargestellt sind) von der Kathodenspitze 212 über den
Vakuumzwischenraum in Richtung der Anode 202. In diesem
Fall dient die Berylliumanode 202 als das Röntgenfenster,
und somit werden Röntgenstrahlen
in der Vorwärtsrichtung in
einem im Wesentlichen kegelförmigen
räumlichen Muster 216 emittiert
werden.
-
2b stellt
ein distales Sondenende 220 dar, bei welchem die Sonde 222 ein
geschlossenes Ende 224 aufweist, wobei eine Aluminiumanode 226 darin
angeordnet ist. Die Anode 226 kann auch eine darauf abgeschiedene
dünne Schwermetallschicht 204 aufweisen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
umfasst die Sonde ein Röntgenfenster 228 in
der zylinderförmigen
Wand 230 der Sonde 222. Bei diesem Ausführungsbeispiel
werden Röntgenstrahlen
seitlich zur Längsachse
der Sonde emittiert werden, wie schematisch durch das räumliche
Röntgenstrahlenmuster 232 dargestellt.
Das Röntgenfenster 228 wird durch
eine Verringerung der Dicke der Sondenwand 230 in dem gewünschten
Bereich ausgebildet, um die Transmission der Röntgenstrahlen von der Sonde
in das Gewebe zu ermöglichen.
-
2c zeigt
eine Sonde 240, deren distales Ende 242 relativ
zur Sondenachse, entlang derer die Kathode 206 im Allgemeinen
liegt, abgewinkelt ist. Das distale Ende 242 der Sonde 240 weist
ein geschlossenes Ende 244 auf. Eine Berylliumanode ist im
distalen Ende der Sonde angeordnet. Wie bei dem in 2b gezeigten
Ausführungsbeispiel,
ist ein Röntgenfenster 248 im
abgewinkelten distalen Ende 242 durch eine Verdünnung der
Wand 250 ausgebildet, welche aus Aluminium hergestellt
sein kann, um die Transmission von Röntgenstrahlen durch dieselbe
in das Körpergewebe
zu erleichtern. Wie bei der in 2c gezeigten
Sonde, werden Röntgenstrahlen im
Wesentlichen in einem Winkel zur Sondenachse emittiert werden.
-
2d stellt
noch ein anderes Ausführungsbeispiel
einer Sonde 260 dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst eine
Sonde 260 einen abgewinkelten distalen Endabschnitt 262.
Eine Berylliumanode 264 wird abdichtend durch das offene
Ende 266 des abgewinkelten distalen Endabschnitts 262 aufgenommen.
Die Berylliumanode 264 wird typischerweise eine darauf
abgeschiedene dünne Schwermetallschicht
aufweisen. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird die Berylliumanode 264 als das Röntgenfenster dienen, welches
eine Transmission der Röntgenstrahlen
von der Sonde in das Gewebe ermöglicht.
-
3 stellt
ein anderes Ausführungsbeispiel des
distalen Endes einer Sonde einer Feldemissionsröntgenvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung dar. Wie gezeigt, umfasst ein alternatives Ausführungsbeispiel
einer Sonde 300 somit ein distales Sondenende 302,
welches ein Rohr 304 umfasst, das ein offenes Ende 306 aufweist,
welches durch eine Endkappe 308 abdichtend eingeschlossen
ist, die eine Feldemissionskathode ausbildet. Die Kathode 308 umfasst
eine Diamantfilmschicht 310 (oder eine Schicht aus einem ähnlichen
Material, welches Elektronen emittiert), welche als der darauf abgeschiedene
Elektronenemitter dient. Eine Anode 312 ist mittig im Rohr 304 angeordnet
und wird während
des Betriebs bei einem positiven Potenzial von ungefähr 10 bis
ungefähr
50 kV relativ zur Endkappenkathode 306 gehalten. Wie die
vorhergehend erörterten
Kathoden von 1–2d, ist
die Anode 312 mit einer isolierenden Schicht 314 verkleidet,
um Hochspannungsdurchschläge
zwischen der Anode und dem Rohr 304 zu verhindern. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
werden Elektronen von der Schicht 310 emittiert, durchqueren
ein Vakuumzwischenraum 316 und prallen auf dem stumpfen
Ende 318 der Anode auf, was die Emission von Röntgenstrahlen
von derselben bewirkt, wie bei 320 angezeigt. Diese Umkehrung
der relativen Positionen der Anode und der Kathode stellt eine höhere Verzögerungsspannung für den gleichen
Sondendurchmesser als die vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele
bereit. Zusätzlich
wird alle bei der Anode erzeugte Wärme abgeleitet, indem sie von
der Anode rückwärts zur
Rückplatte
des Gehäuses
(z.B. der in 1 gezeigten Rückplatte 162)
befördert
wird, anstatt durch die Außenoberfläche des
Sondenrohrs 304 in ein Gewebe eines Patienten abgeleitet
zu werden, wie es bei den Ausführungsbeispielen
von 1–2d geschehen kann.
Anders ausgedrückt
ermöglicht
es dieses Ausführungsbeispiel
einem Hersteller, eine kleinere nadelartige Sonde zu bauen, welche
einen Durchmesser von ungefähr
1 mm aufweist, und die die Sonde nicht aufheizt und sich in direk tem
Kontakt mit dem Patientenkörper
befinden kann. Dieser Emittertyp kann, unter anderen Krankheiten,
zur Behandlung von Prostatakrebs nützlich sein.
-
4 stellt
schematisch ein Röntgensystem 400 zur
Strahlungs-Brachytherapie dar, welches bei der Bestrahlung von Randgewebe
nach der Entfernung eines Tumors in einem Gehirn oder einer Brust Verwendung
finden kann. Die Bestrahlung einer Tumorstelle nach einer Tumorentfernung
ist wünschenswert,
da sie hilft sicherzustellen, dass alle Krebszellen entweder entfernt
oder durch die Strahlung getötet
worden sind, und so hoffentlich den Patienten heilt. Das System 400 umfasst
eine Röntgenemittervorrichtung 402,
eine Ballonanordnung 404 und ein Rückzugsystem 406. Die
Vorrichtung 404 umfasst ein Gehäuse 408 und eine daran
angebrachte Sonde 410, gemäß vorhergehend beschriebenen Röntgenemittern.
Die Sonde 410 umfasst an ihrem distalen Ende 412 eine
Anode-Kathode-Röntgenemitteranordnung,
welche Röntgenstrahlen
radial in alle Richtungen abstrahlt. Die Ballonanordnung 404 umfasst
einen hohlen Schaft 414, welcher eingerichtet ist, um die
Sonde 410 verschiebbar aufzunehmen. Ein aufblasbarer Ballon 416 ist
am Äußeren des Schafts 414 angebracht.
Der Ballon 416 umfasst ein Innenvolumen 418, welches
sich über
ein Hohlrohr 422 in einer Fluidverbindung mit einer Spritze 420 befindet.
-
Während eines
Bestrahlungsverfahrens wird die Ballonanordnung 404 in
einem Patienten an einer gewünschten
Therapiestelle platziert werden, z.B. einem Hohlraum, welcher in
dem Gewebe durch die Entfernung eines Tumors ausgebildet ist. Ein
Aufblasen der Ballonanordnung dehnt das Gewebe, welches den herausgeschnittenen
Tumor umgibt, aus und stellt eine gleichförmigere Oberfläche zur
Strahlungstherapie bereit. Die Sonde 410 kann in dem hohlen
Schaft 404 der Ballonanordnung 404 platziert werden,
und der Ballon 416 kann aufgeblasen wer den, indem er mit
einem Fluid, z.B. einer physiologischen Kochsalzlösung, gefüllt wird,
welches von der Spitze 420 eingespritzt wird, sich durch
das Rohr 422 und durch eine Rohröffnung 424 in das
Balloninnenvolumen 418 bewegt. Alternativ kann die Sonde
nach dem Aufblasen des Ballons in dem Schaft platziert werden und
entlang desselben bewegt werden, wobei sie das Randgewebe bestrahlt,
welches den aufgeblasenen Ballon 416 umgibt. In der Figur
ist die Hohlraumgewebeoberfläche,
welche benachbart zum Ballon liegt, mit der Ziffer 426 bezeichnet,
die Referenzoberfläche
außerhalb
der Hohlraumgewebeoberfläche
(üblicherweise
1 cm weg von der Hohlraumoberfläche 410)
ist mit der Ziffer 428 bezeichnet, und auf das zu bestrahlende
Gewebe, welches als das Randgewebe bekannt ist und welches zwischen der
Hohlraumgewebeoberfläche 426 und
der Referenzoberfläche 428 liegt,
wird mit der Ziffer 430 Bezug genommen.
-
Um
eine übermäßige Strahlungsdosisabgabe
an bestimmtes Gewebe und eine unzulängliche Strahlungsdosisabgabe
an anderes Gewebe, welches den Ballon 416 umgibt, zu vermeiden,
ist ein Rückzugssystem 406 vorgesehen,
um die Bewegung der Sonde 410 im Schaft 414 genau
zu steuern. Rückzugssysteme
sind in der Technik bekannt und werden hier allgemein beschrieben.
Das System 406 umfasst eine Steuereinrichtung 432 und
einen Rückzugsmechanismus 434.
Der Mechanismus 434 umfasst eine Klemme 436, welche
sich mit einem entsprechend eingerichteten Verbindungsarm 438 im Eingriff
befindet.
-
Das
System 400 umfasst weiterhin einen Hochspannungsverbinder 440,
welcher sich von der Röntgenemitterhochspannungsquelle 442 zum
Gehäuse
erstreckt, wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung beschrieben, und so die Hochspannungsstromquelle 442 für das Gehäuse 408 bereitstellt.
-
Ein
Computer oder eine andere mikroprozessorbasierte Einrichtung 444 kann
verwendet werden, um die Bewegung der Sonde 410 im Schaft 414 und
die Verweilzeiten an jedem Punkt entlang des Schafts zu steuern,
um die Dosis genau so, wie für den
speziellen Patienten und das spezielle Verfahren vorgeschrieben,
an die Referenzoberfläche 428 und das
Randgewebe 430 abzugeben. Der Computer 444 wird
mit dem entsprechenden Verbinder 446 mit der Rückzugssteuereinrichtung 432 und
mit einem entsprechenden Verbinder 448 mit der Hochspannungsstromquelle 442 verbunden.
Auf diese Weise kann ein einzelner Computer leicht das gesamte Verfahren
steuern, wobei er den Betriebsstrom wie vorhergehend beschrieben
regelt und die Sonde im Schaft 414 vorwärts bewegt und zurückzieht,
wie durch den Pfeil 450 angezeigt. Falls gewünscht, kann eine
Drehbewegung auch durch ein solches System 406 zur Verfügung gestellt
werden, wie durch den Drehpfeil 452 angezeigt, oder kann
stattdessen durch in der Technik bekannte Mittel bereitgestellt werden.
Die Details des Rückzugssystems 406 sind wohlbekannt
und sind in den Figuren zur Deutlichkeit der Darstellung weggelassen
worden. Rückzugssysteme
können
kommerziell erworben werden, obwohl sie basierend auf der fertigen
Ausgestaltung der Vorrichtung gewisse Abwandlungen benötigen können, um
mit einer Röntgenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung in Eingriff zu treten, wobei solche Abwandlungen im Fachwissen
derjenigen liegen, welche in der Technik bewandert sind.
-
5 stellt
ein anderes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung dar, welches, unter anderen Verwendungen,
verwendet werden kann, wo keine Entfernung des Tumors vorgenommen
wird und kein Ballon verwendet wird, um den nach der Entnahme zurückgelassenen
Hohlraum auszudehnen. Bei dieser Therapiesituation wird die Bestrahlung
an einem Tumor in situ im Körper
des Patienten ausgeführt
und kann z.B. zur Behand lung von Prostatakrebs verwendet werden.
Somit stellt 5 ein Röntgenemittersystem 500 dar,
welches eine Röntgenvorrichtung 502 und
einen Rückzugsmechanismus 504 umfasst.
Die Vorrichtung 502 wird im Wesentlichen ähnlich zur
vorhergehend beschriebenen Röntgenvorrichtung
sein, und das Rückzugssystem 504 wird
im Wesentlichen ähnlich
zum System 406 sein, welches unter Bezugnahme auf 4 beschrieben worden
ist, wobei alle Unterschiede im Folgenden erwähnt werden.
-
Somit
umfasst die Röntgenvorrichtung 502 ein
Gehäuse 506 und
eine Sonde 508, welche ein distales Ende 510 aufweist.
Die Röntgenvorrichtung 502 wird
mit einer Hochspannungsstromquelle 512 mit Energie versorgt
werden, welche mit einem entsprechenden Verbinder 514 mit
ihr verbunden ist. Eine Steuerung der Hochspannungsstromquelle 512 wird
mit einem Computer 516 oder einer anderen entsprechenden
Mikroprozessoreinrichtung durch einen entsprechenden Verbinder 518 erreicht.
Der Rückzugsmechanismus 504 ist
mit einer Klemme 520 oder einer anderen Befestigungseinrichtung,
welche in der Technik bekannt ist, an einem Verbindungselement 522 angebracht,
welches am Gehäuse 506 angebracht
ist. Das Rückzugssystem 504 umfasst
eine Steuereinrichtung 524 und einen Rückzugsmechanismus 526,
welche mit einem entsprechenden Verbinder 528 funktionsfähig miteinander
verbunden sind. Der Betrieb des Rückzugsmechanismus kann auch
durch den Computer 516 über
einen entsprechenden Verbinder 528 zur Rückzugssteuereinrichtung 524 gesteuert
werden.
-
Bei
einem Therapieverfahren, welches das Röntgensystem 500 verwendet,
wird ein länglicher Hohlraum 540 in
einem Körpergewebe 542 eines
Patienten mit einem Trokar oder einem ähnlichen chirurgischen Instrument
in der Nähe
des Tumors oder durch den Tumor selbst hergestellt werden. Anschließend wird
die Sonde 508 in den Hohlraum 540 eingeführt werden.
Bei die sem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird eine Röntgenvorrichtung
mit einem einseitigen Strahlungsmuster verwendet, ähnlich zu derjenigen,
welche in 2b oder 2c gezeigt
ist. Die Bewegung der Sonde zur Bereitstellung der gewünschten
vorgewählten
Strahlungstherapie wird durch das Rückzugssystem 504 bewerkstelligt.
Das System 504 wird von der Art sein, welche eine Drehbewegung
für die
Sonde 508, wie durch den Pfeil 544 angezeigt,
sowie eine Translationsbewegung, wie durch den Pfeil 546 angezeigt,
bereitstellt. Somit wird das Zugsystem 504 durch den Computer 516 gesteuert,
um die Sonde 508 und insbesondere das distale Sondenende 510 mit
seinem Röntgenfenster 550 an vorherbestimmten
Verweilpositionen über
vorherbestimmte Zeitdauern in und um den Tumor anzuordnen, während es
die Sonde 508 auch dreht, um dem Tumor und dem umgebenden
Gewebe das gewünschte
Strahleneinwirkungsmuster zu liefern. Das Sondenrückzugs-
und -drehsystem 504 kann somit ein nicht symmetrisches
Strahlungsmuster zur Verfügung
stellen, wodurch eine Überbestrahlung
von umgebenden Geweben mit lebenswichtigen Funktionen, z.B. der
Urethra und des Rektums des Patienten bei der Behandlung eines Prostatatumors,
vermieden wird. Der Schutz von solchen Geweben vor einer übermäßigen Strahlungsdosis
ist wichtig für
den langfristigen Erfolg solcher Verfahren; zum Beispiel ist bekannt,
dass eine übermäßige Bestrahlung
der Urethra und des Rektums die Hauptquelle der langfristigen Morbidität nach einer
anderweitig erfolgreichen Strahlungsbehandlung für Prostatakrebs ist.
-
6 zeigt
ein anderes Ausführungsbeispiel einer
Röntgenvorrichtung 600 mit
einem einstellbaren Vakuumzwischenraum zwischen der Kathode und
der Anode. Die Vorrichtung 600 ist im Wesentlichen dem
Ausführungsbeispiel 100,
welches in 1 gezeigt ist, ähnlich.
Somit umfasst die Röntgenvorrichtung 600 ein
Gehäuse 602 und
eine Sonde 604. Eine Kathode 606, welche mit einer
isolierenden Schicht 608 verkleidet ist, ist in dem Gehäuse 602 und
in der Sonde 604 angeordnet. Die Kathode 606 weist
proximale und distale Enden 610 und 612 auf. Das
proximale Ende 610 ist mit einem Isolator 614 verbunden,
welcher wiederum an einer Translationsstufe 616 angebracht
ist, um eine Einstellung des Vakuumzwischenraums zur Verfügung zu
stellen. Die Translationsstufe 616 umfasst einen Schaft 618,
welcher an einem oder am distalen Ende 620 an dem Isolator 614 angebracht
ist und welcher an dem anderen oder dem proximalen Ende 622 an
einem Inchworm-Linearmotor 624 angebracht ist. Der Inchworm-Linearmotor 624 ist
eine piezoelektrische Einrichtung, welche aufgrund ihrer Fähigkeit,
sehr kleine und genaue Bewegungen auszuführen, allgemein bei Mikropositionierungsanwendungen
verwendet wird. Eine kommerzielle Quelle für einen solchen Motor 624 ist
EXFO, welche in Richardson, TX ansässig ist. Der Inchworm-Linearmotor 624 kann
in der im Gehäuse 602 ausgebildeten
Vakuumkammer 626 platziert sein und über eine Dreidrahtvakuumdurchführung 628 von
einer (in der Figur nicht gezeigten) externen Steuereinrichtung
gesteuert werden. Die Verwendung des Inchworm-Linearmotors 624 ermöglicht,
dass die Gesamtgröße des Vakuumgehäuses 602 auf
ungefähr
6 bis ungefähr
10 cm Länge und
ungefähr
2 bis ungefähr
3 cm Durchmesser verringert wird.
-
Das
distale Sondenende 630 der Röntgenvorrichtung 600 ist ähnlich zu
dem Ausführungsbeispiel
ausgebildet, welches in 2d gezeigt
ist, wobei das distale Ende relativ zur Längsachse der Sonde und zur
Kathode 606 abgewinkelt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der emittierte Röntgenstrahl um
ungefähr
30° bis
ungefähr
60° zur
Achse der Sonde 604 abgewinkelt. Am distalen Ende 630 ist
die Anode 632 und die Stelle des Winkels bezüglich zum Rest
des Sondenkörpers
angebracht. Die Anode 632 ist aus Beryllium hergestellt
und umfasst ein Schwermetallabscheidung auf ihrer Oberfläche, welche
als der Röntgenemitter
wirkt, wie vorhergehend in Bezug auf andere Ausführungsbeispiele beschrieben.
-
Die
Vorrichtung 600 ist mit einem entsprechenden elektrischen
Verbinder 634, welcher sich durch eine Durchführung 636 erstreckt,
elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Hochspannungsstromquelle verbunden.
Zusätzlich
ist ein Getter 638 vorgesehen; wie beim in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist der Getter 638 durch elektrische Verbinder 640 und 642 elektrisch
mit einer entsprechenden Stromquelle verbunden, um eine Reaktivierung
zur Verfügung
zu stellen.
-
7 stellt
eine Anwendung einer Röntgenvorrichtung 700 zur
Bereitstellung einer Strahlungstherapie zur Behandlung von altersbedingter
Makuladegeneration, einer Hauptursache für Blindheit, dar.
-
Ein
menschliches Auge 702 ist in der Figur dargestellt, wobei
die Bezugsziffern 704, 706, 708, 710 bzw. 712 die
Linse, die Sklera, die Retina, den Sehnerv bzw. den Glaskörper bezeichnen.
Das hauptsächliche
schädliche
Syndrom von altersbedingter Makuladegeneration ist die Wucherung
von Blutkapillaren 714, genannt choroidale Neovaskularisation
(CNV), hinter der Retina 708 oder genauer in dem Raum zwischen
der Retina 708 und dem Netzhautpigment-Endothel 716,
welches eine dünne Schicht
von Zellen ist, die zu klein ist, um in der Figur sichtbar zu sein,
aber deren Stelle allgemein durch die Bezugsziffer 716 angezeigt
ist. Diese Wucherung neuer Blutkapillaren kann zur Ablösung der
Retina und zum Tod der lichtempfindlichen Zellen in der Makula führen – dem Teil
der Retina, welcher für
Zentralsehen verantwortlich ist.
-
Um
altersbedingte Makuladegeneration zu behandeln, wird der Patient
mit Strahlung behandelt, wobei das Therapie ziel ist, die neu wuchernden
Kapillaren mit einer hinreichenden Strahlungsdosis – im Bereich
von ungefähr
15 bis ungefähr
20 Gray – zu bestrahlen,
um sie zu töten,
wonach die toten Kapillarzellen durch den Körper metabolisiert werden.
Um eine solche Therapie zur Verfügung
zu stellen, erhält man
Zugang zum subretinalen Raum 724 unter Verwendung bekannter
opthalmologischer chirurgischer Verfahren. Kurz beschrieben umfasst
das Zugangsverfahren das Vornehmen einer Punktion 720 in
der Sklera 706, um zuerst den Glaskörper zugänglich zu machen. Als nächstes wird
die Retina 708 bei 722 punktiert, und dies kann
gefolgt werden von einer sanften Infusion einer physiologischen
Kochsalzlösung
unter die Retina, um sie weg von der Sklera 706 anzuheben
und um einen aufgeblähten
subretinalen Raum 724 zu erzeugen, welcher groß genug
ist, um das distale Ende 726 der Röntgenvorrichtungssonde 728 aufzunehmen.
Zur Strahlungsbehandlung der wuchernden Kapillaren wird das distale
Ende 726 in der Nähe
der Makula 730 platziert, und eine Strahlungsdosis wird
unter Verwendung der Vorrichtung 700 wie vorhergehend beschrieben
abgegeben. Zur leichten Positionierung der Röntgensonde 726 kann ein
Positioniersystem 740 verwendet werden. Bei einem normalen
Verfahren würde
das Positioniersystem 740 an einem Rahmen oder an einer
Halterung befestigt sein, welche der Deutlichkeit der Darstellung
wegen in der Figur nicht gezeigt ist. Das System kann Translations-
und Rotationsfreiheitsgrade zur genauen Platzierung des distalen
Sondenendes 726 über
der choroidalen Neovaskularisation 714 umfassen, welche
durch Strahlung zu behandeln ist. Wie in der Figur dargestellt,
werden Röntgenstrahlen 742 vom
distalen Ende der Sonde emittiert, um die CNV 714 zu bestrahlen.
Anschließend
an die Abgabe der gewünschten
Dosis wird die Sonde 728 zurückgezogen werden, und der Schnitt
in der Sklera wird vernäht.
-
Die
vorliegende Erfindung ist bezüglich
mehrerer spezieller und verschiedenartiger Ausführungsbeispiele und Anwendungsverfahren
beschrieben worden. Fachleute werden erkennen, dass bestimmte hier
beschriebene Merkmale durch andere bekannte Einrichtungen ausgetauscht
werden können. Beispielsweise,
aber nicht hierauf beschränkt,
ist die Einstellung des Vakuumzwischenraums durch eine Translationsbewegung
der Nadelkathode (z.B. 1) oder der Nadelanode (z.B. 3)
unter Verwendung eines Schrittmotors oder eines Inchworm-Linearmotors
erreicht worden. Jedoch kann jede Einrichtung, welche die gewünschte Translationsbewegung
mit der erforderlichen Genauigkeit und Größe zur Verfügung stellen kann, ebenso leicht verwendet
werden.
-
Die
vorliegende erfindungsgemäße Vorrichtung
ist in einer Sprache beschrieben worden, welche mehr oder weniger
spezifisch ist, was die in den Figuren dargestellten Merkmale der
Vorrichtung betrifft. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die
vorliegende Erfindung nicht auf die speziellen beschriebenen Merkmale
beschränkt
ist, da die Vorrichtung, welche hier offenbart ist, beispielhafte
Formen der Realisierung der Erfindung umfasst. Zum Beispiel könnte, während die
Erfindung bezüglich
Verwendungen im Gebiet der medizinischen Therapie beschrieben worden
ist, sie auch eine vorteilhafte Anwendung finden, wann immer eine
Feldemissionsröntgenvorrichtung für einen
beliebigen anderen Zweck verwendet wird. Daher wird die Erfindung
in jeder ihrer Formen oder Abwandlungen im maßgebenden Umfang der beigefügten Ansprüche beansprucht,
welche gemäß der Lehre
von den Äquivalenten
und anderen anwendbaren richterlichen Lehren interpretiert werden.