DE69311415T2 - Interstitielle Röntgennadel - Google Patents

Interstitielle Röntgennadel

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft generell Röntgenapparate und ist im speziellen auf eine interstitielle Röntgennadel gerichtet.
  • Röntgenapparate werden u. a. für die Strahlentherapie von Krebspatienten verwendet. Einer solcher Apparat, wie er in dem US-Patent 2,748,293 (Reininger) beschrieben wird, weist eine langgestreckte Röntgenröhre mit einem Konverterelement an der Spitze der Röhre auf, um emittierte Elekronen in Röntgenstrahlen umzuwandeln. Der bekannte Röngtenapparat besitzt ferner ein langgestrecktes äußeres Gehäuse, das die Röntgenröhre umschließt und eine Flieb- Kammer für ein Kühlmittel ausbildet, das die in der Spitze der Röntgenröhre entstehende Wärme von dieser abführt. Die Röntgenröhre wird in den Körper des Krebspatienten durch eine Körperöffnung eingeführt, um das Konverterelement so zu positionieren, daß die Röntgenstrahlen auf den Tumor konzentriert werden können, wodurch Strahlenschäden in bezug auf das benachbarte gesunde Gewebe minimiert werden können. Die Abmessungen dieses bekannten Röntgenapparates sind jedoch zu groß, um die Röntgenröhre durch die Haut des Patienten einführen zu können, wodurch die Anwendbarkeit der Röntgenstrahlentherapie für die Behandlung von vom Krebs befallenen internen Körperteilen auf solche Körperteile beschränkt ist, für die ein Zugang durch Körperöffnungen gegeben ist.
  • Die DE-PS-710118 zeigt eine langgestreckte Röntgenstrahlenröhre mit einem Konverterelement an der Spitze einer inneren Röhre, einer Magnetspule, die die innere Röhre umgibt um ein einschnürendes magnetisches Feld vorzugeben, einem langgestreckten Gehäuse, das die innere Röhre und die Spule umgibt und mit Mitteln innerhalb des Gehäuses, die Fließ-Kammern für den Fluß eines Kühlmittels zu der Spitze der Röntgenröhre und von ihr weg ausbilden. Die äußeren Abmessungen dieser Röntgenröhre sind nicht bekannt.
  • Die vorliegende Erfindung sieht eine interstitielle Röntgennadel mit einem derartig kleinen Durchmesser vor, daß die Nadel in den Körper eines Patienten ohne signifikante Beschädigung des Gewebes zwischen der Haut und dem Ort eines Tümors eingeführt werden kann, mit einer langgestreckten Röntgenröhre, die an einem Ende mit einem Elektronen-Emitter gekoppelt ist, und bei der an einer Spitze des anderen Endes ein Konverterelement zum Umwandeln der emittierten Elektronen in Röntgenstrahlen angeordnet ist, mit einer die Röntgenröhre umgebenden Magnetspule zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, das die emittierten Elektronen zu einem schmalen Strhhl einschnürt, mit einem langgestreckten äußeren Gehäuse, das die Röntgenröhre und die Magnetspule einschließt und mit Mitteln, die innerhalb des Gehäuses Fließ- Kammern für den Fluß eines Kühlmittels zu der Spitze der Röntgenröhre und von ihr weg ausbilden.
  • Die interstitielle Röntgennadel der vorliegenden Erfindung besitzt vorzugsweise einen derart schmalen Durchmesser, daß ein Teil des Gehäuses sich mindestens ungefähr fünf Zentimeter über die Spitze der Röntgenröhre hinauserstreckt und einen maximalen äußeren Durchmesser von ungefähr zwei Millimeter besitzt. Eine derartige Röntgennadel verstärkt signifikant die Möglichkeit der Anwendung der Röntgenstrahlentherapie für die Behandlung von vom Krebs befallenen internen Körperteilen.
  • Um Elektronenverluste und Röntgen- Streustrahlung zu vermeiden, ist die Magnetspule um die Röhre, in der der Elektronenstrahl verläuft, gewunden, um so ein magnetisches Feld vorzugeben, welches die emittierten Elektronen sehr dicht einschnürt.
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die die Fließ- Kammern ausbildenden Mittel ein Rohr auf, das koaxial zwischen dem Gehäuse und der Röntgenröhre angeordnet ist, um so eine innere ringförmige Fließ- Kammer zwischen der Spitze der Röntgenröhre und einer ersten Öffnung in dem Gehäuse sowie eine äußere ringförmige Fließ-Kammer zwischen der Spitze der Röntgenröhre und einer zweiten Öffnung im Gehäuse zu bilden.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die die Fließ-Kammern ausbildenden Mittel eine Vielzahl von Rohren, angeordnet zwischen dem Gehäuse und der Röntgenröhre auf, wobei jedes Rohr eine Fließ- Kammer zwischen der Spitze der Röntgenröhre und mindestens einer Einlaßöffnung im Gehäuse für den eintretenden Kühlmittelstrom ausbildet, und wobei der freie Raum zwischen der Röntgenröhre und dem Gehäuse ein Fließ- Kammer zwischen der Spitze der Röntgenröhre und einer Auslaßöffnung im Gehäuse für den austretenden Kühlmittelstrom bildet.
  • Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • Figur 1 Eine schematische Darstellung eines Röntgenstrahlen-Apparates mit einer bevorzugten Ausführungsform der interstitiellen Röntgennadel gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • Figur 2 ein Schnitt durch die Nadel nach Figur 1 entlang der Schnittlinien 2-2,
  • Figur 3 eine schematische Darstellung eines Teiles der Röntgennadel, die eine alternative bevorzugte Ausführungsform von die Fließ- Kammern ausbildenden Mitteln zeigt, und
  • Figur 4 ist eine Schnittansicht der Nadel nach Figur 3 entlang der Schnittlinie 4-4.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Röntgenstrahlenapparat mit einer bevorzugten Ausführungsform der interstitiellen Röntgennadel gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Nadel 10 und ein Gleichrichtergehäuse 12 zum Aufnehmen der Nadel besitzt. Das Gleichrichtergehäuse 12 besitzt eine Vakuumkammer 14 mit einem Elektronen-Emitter 16 und einem Steuergitter 18. Der Elektronen- Emitter 16 ist an ein Hochspannungskabel 20 angeschlossen, das mit einer nicht dargestellten Hochspannungquelle verbunden ist. Zwischen dem Elektronen- Emitter 16 und dem Gleichrichtergehäuse 12 sind Isolatoren 22 stapelartig vorgesehen.
  • Die Nadel 10 weist eine langgestreckte Röntgenstrahlröhre 24, ein Konverterelement 26, eine Magnetspule 28, ein langgestrecktes äußeres Gehäuse 30 und ein Rohr 32 auf.
  • Die Röntgenstrahlröhre 24 hat ein offenes Ende 34, das sich in die Vakuumkammer 14 hinein öffnet, um so die Röntgenstrahlenröhre 24 mit dem Elektronen-Emitter 16 zu koppeln.
  • Das Konverterelement 26 ist an einer Spitze 36 des anderen Endes der Röhre 24 angeordnet, um die Elektronen, die von dem Elektronen-Emitter 16 ausgehen, in Röntgenstrahlen umzusetzen.
  • Die Magnetspule 28 ist um die Röhre 24 gewunden, um ein Magnetfeld vorzugeben, das die emittierten Elektronen zu einem schmalen Strahl einschnürt. Der Elektronenstrahl kann so auf einen Durchmesser von ungefähr 0,4 Millimeter eingeschnürt werden, wenn die Magnetspule ein magnetisches Feld der Stärke von ungefähr 20 Gauss besitzt. Für ein Spule 28, die einen Widerstand von 13 Ohm besitzt und mit einer Dichte von 20 Windungen pro Zentimeter um die Röhre gewickelt ist, beträgt der notwendige Strom in den Windungen nur 0,8 Ampere und die notwendige Spannung über die Spule beträgt nur 0,1 Volt, wobei die in den Windungen aufgebrachte Leistung nur 0,08 Watt beträgt.
  • Das äußere Gehäuse 30 schließt die Röhre 24 und die Spule 28 ein.
  • Das Rohr 32 ist koaxial zwischen dem äußeren Gehäuse 30 und der Röhre 24 angeordnet, um einen inneren ringförmigen Fließ-Kanal 38 zwischen der Spitze 36 der Röhre 24 und einem Kühlmitteleinlaß 40 in dem Gehäuse 30 sowie eine äußere ringförmige Fließ-Kammer 42 zwischen der Spitze 36 der Röhre 24 und einem Kühlmittelauslaß 44 in dem Gehäuse 30 auszubilden.
  • Für eine Nadel 10 in der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 und 2, die eine 10 Zentimeter lange Röhre 24 mit einem inneren Durchmesser von 0,64 Millimeter und einem äußeren Durchmesser von 0,81 Millimeter, umwunden mit einer einzigen Schicht von #33 magnetischen Draht von 0,22 Millimeter Durchmesser mit einer Dichte von ungefahr 40 Windungen pro Zentimeter, einem äußeren Gehäuse 30 mit einem äußeren Durchmesser von 2,8 Millimeter und einem inneren Durchmesser von 2,16 Millimeter und einem Rohr mit einem inneren Durchmesser von 1,52 Millimeter und einem äußeren Durchmesser von 1,83 Millimeter, läßt sich bei einem Eingangsdruck von 20 pounds-per-square- inch, gleich 1,41 Kilogramm pro Quadratzentimeter, eine Wasserflußrate von 87 Milliliter pro Minute erzielen, wobei für eine 20 Watt Wärmerate an der Spitze 36 der Nadel 10 der Anstieg der Wassertemperatur über 10 Minuten weniger als 5 Grad Celsius beträgt.
  • In den Figuren 3 und 4 ist eine alternative bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Nadel 10A eine langgestreckte Röntgenstrahlröhre 24, ein Konverterelement 26, eine Magnetspule 28, ein langgestrecktes äußeres Gehäuse 30 und eine Vielzahl von Rohren 46 aufweist. Die Rohre 46 sind zwischen dem Gehäuse 30 und der Röhre 24 angeordnet. Jede Röhre bildet eine einlaßseitige Fließ-Kammer 48 zwischen der Spitze 36 der Röhre 24 und mindestens einer nicht dargestellten Einlaßöffnung in dem Gehäuse 30. Der freie Raum zwischen der Röhre 24 und dem Gehäuse 30, der nicht durch die Rohre 46 ausgefüllt wird, bildet eine auslaßseitige Fließ-Kammer zwischen der Spitze 36 der Röhre 24 und einer nicht dargestellten Auslaßöffnung in dem Gehäuse 30.
  • Für eine Nadel 10A der Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 mit einer 10 Zentimeter langen Röhre 24 mit einem inneren Durchmesser von 0,64 Millimeter und einem äußeren Durchmesser von 0,81 Millimeter, umwunden mit einer einzigen Schicht eines #33 magnetischen Drahtes von 0,22 Millimeter Durchmesser und einer Dichte von ungefähr 40 Windungen pro Zentimeter, einem äußeren Gehäuse 30 mit einem äußeren Durchmesser von 2,8 Millimeter und einem inneren Durchmesser von 2,16 Millimeter und vier Rohren, die jeweils ein Auslaßstrahlöffnung 52 von 0,15 Millimeter gerichtet zu der Spitze 36 der Nadel 10A besitzen, läßt sich eine Wasserflußrate von 10 Milliliter pro Minute bei einem Einlaßdruck von 50 pounds-per-square-inch, gleich 3,52 Kilogramm pro Quadratzentimeter, erzielen, wobei für eine 20 Watt Wärmerate an der Spitze 36 an der Nadel 10A der Anstieg der Wassertemperatur über 10 Minuten ungefähr 28 Grad Celsius beträgt.
  • Die Röhre 24, das Gehäuse 30 und das Rohr 32 oder die Rohre 46, sind typischerweise fest und gerade, jedoch können sie auch aus einem flexiblen Material bestehen bzw. können sie gebogen ausgebildet sein, um es so zu ermöglichen, daß die Spitze der Nadel zu stellen des Körpers eingeführt werden kann, die nicht direkt durch ein weiches Gewebe erreichbar sind.
  • Der im vorstehenden beschriebene Röntgenstrahlapparat kann bei einem relativ niedrigen Leistungspegel von 14 Watt betrieben werden, unter Abgabe einer Strahlendosis von ungefähr 100 Gray über 10 Minuten auf ein Gewebe, das ein Zentimeter von dem Konverterelement 26 entfernt ist, in Verbindung mit einem Betrieb mit einer Elektronen-Emitterspannung von 200 Kilovolt und einem Strahlstrom von 0,07 Milliampere.
  • Neben den Vorteilen erzielt durch ihre kleinen Abmessungen kann die Miniaturinterstitielle-Röntgennadel gemäß der vorliegenden Erfindung kontrolliert hypertermische Temperaturen für die Anwendung in dem zu behandelten Tumor erzeugen, die in Kombination mit der Strahlenbehandlung zu einem synergetichen Heilungseffekt führen können.

Claims (4)

1. Interstitielle Röntgennadel (10, 10A) mit einem derart schmalen Durchmesser, daß die Nadel in den Körper eines Patienten ohne signifikante Beschädigung des Gewebes zwischen der Haut und dem Ort des Tumors eingeführt werden kann, mit
- einer langgestreckten Röntgenröhre (24), die an einem Ende mit einem Elektronen-Emitter (24) gekoppelt ist, und bei der an einer Spitze (36) des anderen Ende ein Konverterelement (26) zum Umwandeln der emittierten Elektronen in Röntgenstrahlen angeordnet ist,
- einer die Röntgenröhre (24) umgebenden Magnetspule (28) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, das die emittierten Elektronen zu einem schmalen Strahl bündelt,
- einem langgestreckten äußeren Gehäuse (30), das die Röntgenröhre (24) und die Magnetspule (28) einschließt, und
- Mitteln (32, 46), die innerhalb des Gehäuses (30) Fließ-Kammem (38, 42, 48, 50) für den Fluß eines Kühlmittels zu der Spitze (36) der Röntgenröhre (24) und von ihr weg ausbilden.
2. Röntgennadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Gehäuses (30) sich mindestens ungefähr fünf Zentimeter über die Spitze (36) der Röntgenröhre (24) hinauserstreckt und einen maximalen äußeren Durchmesser von ungefähr zwei Millimeter besitzt.
3. Röntgennadel (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Fließ-Kammem ausbildenden Mittel ein Rohr (32) aufweisen, das koaxial zwischen dem Gehäuse (30) und der Röntgenröhre (24) angeordnet ist, um so eine innere ringförmige Fließ-Kammer (38) zwischen der Spitze (36) der Röntgenröhre (24) und einer ersten Öffnung (40) in dem Gehäuse (30) sowie eine äußere ringförmige Fließ-Kammer (42) zwischen der Spitze (36) der Röntgenröhre (24) und einer zweiten Öffnung (44) im Gehäuse (30) zu bilden.
4. Röntgennadel (10A) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Fließ-Kammem ausbildenden Mittel eine Vielzahl von Rohren (46), angeordnet zwischen dem Gehäuse (30) und der Röntgenröhre (24), aufweisen, wobei jedes Rohr eine Fließ-Kammer (48) zwischen der Spitze (36) der Röntgenröhre und mindestens einer Einlaßöffnung im Gehäuse für den eintretenden Kühlmittelstrom ausbildet, und wobei der freie Raum (50) zwischen der Röntgenröhre und dem Gehäuse eine Fließ-Kammer zwischen der Spitze der Röntgenröhre und einer Auslaßöffnung im Gehäuse für den austretenden Kühlmittelstrom bildet.
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