RU2519772C2 - Method for exposing human body pathologies to radiation and device for implementing same (versions) - Google Patents
Method for exposing human body pathologies to radiation and device for implementing same (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2519772C2 RU2519772C2 RU2012111825/14A RU2012111825A RU2519772C2 RU 2519772 C2 RU2519772 C2 RU 2519772C2 RU 2012111825/14 A RU2012111825/14 A RU 2012111825/14A RU 2012111825 A RU2012111825 A RU 2012111825A RU 2519772 C2 RU2519772 C2 RU 2519772C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- radiation
- probe
- pathology
- cathode
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2235/00—X-ray tubes
- H01J2235/12—Cooling
- H01J2235/1225—Cooling characterised by method
- H01J2235/1262—Circulating fluids
- H01J2235/1287—Heat pipes
Landscapes
- X-Ray Techniques (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к медицинской технике и может быть использована в урологии, гинекологии, проктологии и других направлениях медицины для лечения патологий, в том числе онкологических заболеваний.The group of inventions relates to medical equipment and can be used in urology, gynecology, proctology and other areas of medicine for the treatment of pathologies, including oncological diseases.
Известен способ диагностирования и лечения областей патологически измененных участков за счет определения их температуры и регистрации ее градиента относительно нормальной температуры тела с последующим локальным температурным воздействием на выявленные области и устройство для его реализации в виде цилиндрического зонда, вдоль внешней поверхности которого установлены полупроводниковые термоэлектрические преобразователи и теплопередающие сегменты. Изменение температуры в зоне патологии обеспечивается изменением температуры воды в системе охлаждения, а контроль температуры - термоэлектрическими преобразователями (Патент РФ №2326628, МПК7 A61F 7/12, A61B 18/02, опубл. 20.06.2008).A known method for diagnosing and treating areas of pathologically altered areas by determining their temperature and recording its gradient with respect to normal body temperature with subsequent local temperature effects on the identified areas and a device for its implementation in the form of a cylindrical probe, along the outer surface of which there are semiconductor thermoelectric converters and heat transferring segments. A change in temperature in the pathology zone is provided by a change in the temperature of the water in the cooling system, and temperature control is provided by thermoelectric converters (RF Patent No. 2326628, IPC 7
Недостатками описанного способа являются, во-первых, возможность облучения только патологий, соизмеримых с размером отдельных теплопередающих сегментов устройства для обеспечения отсутствия воздействия на здоровые ткани. То есть применение этого способа и устройства очень ограничено, и, во-вторых, это техническое решение имеет такой существенный недостаток, как инерционность системы водяного охлаждения, что принципиально для предотвращения ожогов тканей. В-третьих, оно применимо только для облучения тепловым потоком.The disadvantages of the described method are, firstly, the ability to irradiate only pathologies commensurate with the size of individual heat transfer segments of the device to ensure that there is no effect on healthy tissues. That is, the application of this method and device is very limited, and, secondly, this technical solution has such a significant drawback as the inertia of the water cooling system, which is crucial to prevent tissue burns. Thirdly, it is applicable only for exposure to heat flux.
Известен способ и устройство для рентгенотерапии, в соответствии с которым для облучения внутренних частей тела используется рентгеновская трубка, относящаяся к классу рентгеновских трубок с вынесенным прострельным анодом (Патент РФ №2155413, МПК7 H01J 35/08, A61N 5/10, опубл. 27.08.2000). Эти трубки наряду с рядом достоинств характеризуются малыми уровнями мощностей, что обусловлено, в основном, тонким (единицы микрон) слоем вольфрамовой прострельной мишени, сформированной на основе из бериллия или другого материала с малым атомным номером. Низкая мощность в этих трубках определяется низким уровнем тока, который не превышает единиц микроампер (не более 10 мкА, как в цитируемом патенте). Если учесть, что поглощенная доза облучения, определяющая эффективность лечения, пропорциональна току рентгеновской трубки и времени облучения, то становится очевиден принципиальный недостаток указанного способа и устройства - необходимость длительного облучения пациента. При этом в случае непрерывного облучения пациент не должен менять позы, чтобы не нарушить геометрию облучения (положение фокуса рентгеновской трубки относительно координат патологии). При прерывистом облучении при каждой последующей процедуре необходимо строго воспроизводить геометрию облучения, что чрезвычайно сложно, если вообще реализуемо. Кроме того, этот способ и устройство применимо только при использовании ионизирующего рентгеновского излучения.A known method and device for x-ray therapy, in accordance with which an x-ray tube belonging to the class of x-ray tubes with a remote shooting anode is used to irradiate the internal parts of the body (RF Patent No. 21545413, IPC 7 H01J 35/08, A61N 5/10, publ. 27.08 .2000). These tubes, along with a number of advantages, are characterized by low power levels, which is mainly due to a thin (few microns) layer of a tungsten shot target formed on the basis of beryllium or another material with a small atomic number. The low power in these tubes is determined by the low current level, which does not exceed units of microamps (not more than 10 μA, as in the cited patent). If we take into account that the absorbed dose of radiation, which determines the effectiveness of treatment, is proportional to the current of the x-ray tube and the time of exposure, then the fundamental drawback of this method and device is the need for long-term patient exposure. In this case, in the case of continuous exposure, the patient should not change postures so as not to disturb the geometry of the exposure (the position of the focus of the x-ray tube relative to the coordinates of the pathology). With intermittent irradiation with each subsequent procedure, it is necessary to strictly reproduce the geometry of the irradiation, which is extremely difficult, if at all feasible. In addition, this method and device is applicable only when using ionizing x-ray radiation.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, выбранным в качестве прототипа, является способ облучения патологий человеческого организма, заключающийся в генерировании потока излучения источником ионизирующего излучения, воздействии излучением на патологию через выходное окно источника излучения и выдержке в течение заранее определенного времени с последующим охлаждением источника, и устройство, в котором для облучения внутренних частей тела в качестве источника ионизирующего излучения используется миниатюрная рентгеновская трубка (US Patent №5,090,043, МПК5 H01J 35/32, опубл. 18.02.1992). В соответствии с известным изобретением устройство представляет собой зонд, имеющий дистальный и проксимальный концы, с расположенным в нем источником излучения, включающим катод и анод, системой охлаждения анода и блоком электропитания.The closest technical solution to the present invention, selected as a prototype, is a method of irradiating pathologies of the human body, which consists in generating a radiation flux by an ionizing radiation source, irradiating the pathology through the output window of the radiation source and holding it for a predetermined time, followed by cooling of the source, and a device in which a miniature is used to irradiate the internal parts of the body as a source of ionizing radiation x-ray tube (US Patent No. 5,090,043, IPC 5 H01J 35/32, publ. 02/18/1992). In accordance with the known invention, the device is a probe having a distal and proximal ends, with a radiation source located therein, including a cathode and anode, anode cooling system and a power supply unit.
Однако и это техническое решение обладает таким же принципиальным недостатком, как и предыдущее, а именно малыми токами рентгеновской трубки. В этом случае малые токи обусловлены применением рентгеновской трубки с автоэмиссионным (холодным) катодом, для которой и характерны токи такого же, как и в предыдущем патенте, уровня, а именно единицы (до 10) мкА.However, this technical solution has the same fundamental drawback as the previous one, namely, low currents of the x-ray tube. In this case, low currents are due to the use of an X-ray tube with a field-emission (cold) cathode, for which currents of the same level as in the previous patent are characteristic, namely, units (up to 10) μA.
В этом патенте отмечается возможность использования рентгеновских трубок и с термоэмиссионным катодом при наличии системы принудительного охлаждения.This patent notes the possibility of using x-ray tubes with a thermionic cathode in the presence of a forced cooling system.
Однако в этом патенте при указанных размерах колбы (длина от четверти до двух дюймов и диаметр менее одного дюйма) и расположении катода и анода относительно тела пациента обеспечить охлаждение катода, разогретого до температуры 2300°С, и неподвижного анода, фокус которого разогрет до температуры ≈2500°С, не представляется возможным для реально необходимого времени облучения (для среднего уровня необходимой поглощенной дозы в 2000 рад время облучения составляет от 1 часа до 3 часов). Кроме того, в описанном в этом патенте варианте с рентгеновской трубкой с термоэмиссионным катодом мишень, генерирующая рентгеновское излучение отдалена от патологии на расстояние больше радиуса колбы, включая толщину экранов и системы охлаждения. Если учесть, что интенсивность облучения обратно пропорциональна квадрату расстояния от мишени до объекта, то можно заключить, что этот фактор дополняет основной недостаток данного технического решения, а именно низкую эффективность облучения. И, наконец, этот способ и устройство обладают принципиальным недостатком, а именно при его применении используется только ионизирующее облучение.However, in this patent, with the indicated flask sizes (length from a quarter to two inches and a diameter of less than one inch) and the location of the cathode and anode relative to the patient’s body, the cathode heated to a temperature of 2300 ° C and the stationary anode whose focus is heated to a temperature of ≈ 2500 ° C, it is not possible for the really necessary exposure time (for an average level of the required absorbed dose of 2000 rad, the exposure time is from 1 hour to 3 hours). In addition, in the embodiment described in this patent, an X-ray tube with a thermionic emission cathode, the X-ray generating target is distant from the pathology more than the radius of the bulb, including the thickness of the screens and the cooling system. If we take into account that the irradiation intensity is inversely proportional to the square of the distance from the target to the object, then we can conclude that this factor complements the main disadvantage of this technical solution, namely the low irradiation efficiency. And finally, this method and device have a fundamental drawback, namely, when it is used, only ionizing radiation is used.
Современная онкология предъявляет повышенные требования к способам и устройствам для облучения патологий. В первую очередь, это касается необходимости облучения только патологий (опухолей), не затрагивая здоровых участков тела, и, во-вторых - снижение времени облучения, что косвенно согласуется с первым требованием и имеет самостоятельное значение для эффективности лечения, а также защиты персонала от переоблучения при подготовке прерывающихся (из-за малых токов и, как следствие, длительности разового воздействия) процедур. Такие требования обусловлены тем, что разовая доза на поле может составлять 400-600 Р, а курсовая доза 6000-8000 Р (С.К.Терновой, В.Е.Синицин, Лучевая диагностика и терапия, «ГЭОТАР-Медиа», 2010, Москва, стр.286-293. Лучевая терапия злокачественных опухолей, Руководство для врачей, Москва, «Медицина», 1996, стр.5-10. Аспекты клинической дозиметрии, под редакцией З.В.Ставицкого, Москва, «МНПИ», 2000, стр.27-41).Modern oncology places high demands on methods and devices for irradiating pathologies. First of all, this refers to the need to irradiate only pathologies (tumors), without affecting healthy areas of the body, and secondly, to reduce the exposure time, which is indirectly consistent with the first requirement and is of independent importance for the effectiveness of treatment, as well as protecting personnel from overexposure during the preparation of intermittent (due to low currents and, as a consequence, the duration of a single exposure) procedures. Such requirements are due to the fact that a single dose on the field can be 400-600 R, and a course dose of 6000-8000 R (S.K. Ternovoi, V.E. Sinitsin, Radiation diagnostics and therapy, “GEOTAR-Media”, 2010, Moscow, pp. 266-293. Radiation therapy of malignant tumors, Guide for physicians, Moscow, "Medicine", 1996, pp. 5-10. Aspects of clinical dosimetry, edited by Z. Stavitsky, Moscow, "MPPI", 2000 pg. 27-41).
Из литературных источников известна также информация о том, что при последовательном использовании терапии ионизирующими излучениями и гипертермии (тепловом воздействии) эффективность лечения увеличивается в полтора раза (Van der Zee, J.D.Gonzalez, van Rhoon, et all.,2000, Comparison of Radiotherapy one with Radiotherapy plus Hyperthermia in locally advanced pelvic tumours. The Lancet, v.335, No 9210, p.p.1119-1125), а при одновременном проведении гипертермии и лучевой терапии эффективность лучевой терапии повышается дополнительно в 2,5-4 раза (Horsmann M.R., Overgaard J., The influence of nicotinamid and hyperthermia on the radiation response of tumor and normal tissue. Book of Abstracts, 15th Annual Meeting ofESHO, Wadham Colledge, Oxford, U.K., 3-6 September 1995, p.12). Другие источники отмечают, что облучение электронами в сочетании с гамма-терапией (Интраоперационная электронная и дистанционная гамма-терапия злокачественных новообразований. Успехи современного естествознания, 2010, №2, стр.51-52) также дает существенное повышение эффективности лечения.From literature sources, information is also known that with the consistent use of therapy with ionizing radiation and hyperthermia (thermal exposure), the effectiveness of treatment increases by one and a half times (Van der Zee, JD Gonzalez, van Rhoon, et all., 2000, Comparison of Radiotherapy one with Radiotherapy plus Hyperthermia in locally advanced pelvic tumors. The Lancet, v. 335, No. 9210, pp1119-1125), and with simultaneous hyperthermia and radiation therapy, the effectiveness of radiation therapy increases by an additional 2.5-4 times (Horsmann MR, Overgaard J. , The influence of nicotinamid and hyperthermia on the radiation response of tumor and normal tissue. Book of Abstracts, 15 th Annual Meeting ofESHO, Wadham Colledge, Oxford, UK, 3-6 September 1995, p. 12). Other sources note that electron irradiation in combination with gamma therapy (Intraoperative electronic and remote gamma therapy of malignant neoplasms. Advances in modern natural sciences, 2010, No. 2, pp. 51-52) also gives a significant increase in the effectiveness of treatment.
Таким образом, несмотря на то что совместное облучение ионизирующими и тепловыми потоками существенно повышает эффективность лечения онкологических заболеваний, такие облучения при сегодняшнем состоянии медицинской техники осуществляются различными источниками излучения, так как отсутствует оборудование для одновременного использования гипертермии и радиотерапии.Thus, despite the fact that the combined irradiation with ionizing and heat fluxes significantly increases the effectiveness of cancer treatment, such irradiations in the current state of medical technology are carried out by various radiation sources, since there is no equipment for the simultaneous use of hyperthermia and radiotherapy.
Перечисленные известные способы и устройства не могут в полной мере обеспечить отмеченные требования и рекомендации, главным образом, из-за ограниченности применения в гипертермии, низких значений интенсивности применяемых источников рентгеновского излучения и, что особенно важно, невозможностью комплексного одновременного теплового и лучевого (рентгеновского или электронного) облучения патологий.The listed known methods and devices cannot fully provide the noted requirements and recommendations, mainly due to the limited use in hyperthermia, low intensity values of the applied x-ray sources and, most importantly, the impossibility of complex simultaneous thermal and radiation (x-ray or electronic ) irradiation of pathologies.
Перед авторами стояла задача создания способа и устройства для его осуществления, которые бы обеспечивали облучение патологий при повышенных интенсивностях лучевого и/или теплового воздействия для повышения эффективности лечения при введении зонда с источниками излучения внутрь организма, снижения времени разового облучения в пределах допустимых лечебных требований, обеспечения последовательного или одновременного воздействия на патологии ионизирующими излучениями и тепловыми потоками.The authors were faced with the task of creating a method and device for its implementation, which would ensure irradiation of pathologies at increased intensities of radiation and / or heat exposure to increase the effectiveness of treatment by introducing a probe with radiation sources into the body, reduce the time of a single exposure within the allowable medical requirements, ensure sequential or simultaneous exposure of pathologies to ionizing radiation and heat fluxes.
Поставленная задача достигается тем, что в способе облучения патологий человеческого организма, заключающемся в генерировании потока излучения источником излучения, воздействии излучением на патологию через выходное окно источника излучения и выдержке в течение заранее определенного времени с последующим охлаждением источника, согласно изобретению на патологию воздействуют ионизирующим и/или тепловым излучением через выходное окно источника излучения, которое размещают вблизи или на поверхности патологии, поток излучения ограничивают в диаметре размером не более максимального размера патологии, энергию излучения выбирают в зависимости от толщины патологии по соотношению Е~Kf(d), где d - толщина патологии, К - коэффициент, учитывающий глубину проникновения излучения в зоне облучения тела пациента в зависимости от энергии излучения, а интенсивность охлаждения изменяют в зависимости от температуры выходного окна источника излучения.The problem is achieved in that in the method of irradiating pathologies of the human body, which consists in generating a radiation flux by a radiation source, exposing the pathology to radiation through the exit window of the radiation source and holding it for a predetermined time, followed by cooling of the source, according to the invention, the pathology is ionized and / or thermal radiation through the exit window of the radiation source, which is placed near or on the surface of the pathology, the radiation flux is limited They have a diameter of no more than the maximum size of the pathology, the radiation energy is selected depending on the thickness of the pathology according to the ratio E ~ Kf (d), where d is the thickness of the pathology, K is the coefficient taking into account the penetration depth of radiation in the irradiation zone of the patient’s body depending on the energy radiation, and the cooling intensity varies depending on the temperature of the output window of the radiation source.
При этом в качестве источника излучения можно использовать рентгеновскую трубку с термоэмиссионным катодом, анод которой совмещают с выходным окном источника излучения.In this case, an X-ray tube with a thermionic cathode can be used as a radiation source, the anode of which is combined with the output window of the radiation source.
Материал анода и его толщину для облучения рентгеновскими и/или тепловыми потоками выбирают в зависимости от толщины патологии, но не менее длины свободного пробега электронов в выбранном материале.The anode material and its thickness for irradiation with X-ray and / or heat fluxes are selected depending on the thickness of the pathology, but not less than the mean free path of the electrons in the selected material.
Для облучения потоками электронов отдельно или в совокупности с тепловыми потоками анод выполняют из материала с низким атомным номером, при этом толщину анода выбирают не более длины свободного пробега электронов в выбранном материале.For irradiation by electron fluxes individually or in combination with heat fluxes, the anode is made of a material with a low atomic number, while the thickness of the anode is chosen no more than the mean free path of the electrons in the selected material.
Для облучения тепловыми потоками электрическое напряжение между анодом и катодом выбирают из условия превышения толщины анода длины свободного пробега электронов и гамма-квантов в выбранном материале анода при выбранном электрическом напряжении.For irradiation with heat fluxes, the electric voltage between the anode and cathode is selected from the condition that the anode thickness exceeds the mean free path of electrons and gamma rays in the selected anode material at the selected electric voltage.
Последовательное облучение ионизирующим и тепловым излучением можно проводить, изменяя напряжения между катодом и анодом, при заданной толщине и выбранном материале анода, а одновременное облучение ионизирующим и тепловым излучением можно проводить, используя анод с переменной толщиной.Sequential irradiation with ionizing and thermal radiation can be carried out by changing the voltage between the cathode and the anode at a given thickness and the selected material of the anode, and simultaneous irradiation with ionizing and thermal radiation can be carried out using a variable thickness anode.
Кроме того, в качестве источника излучения можно использовать ускоритель электронов или бетатрон.In addition, an electron accelerator or betatron can be used as a radiation source.
Также температуру выходного окна в процессе воздействия ионизирующим излучением поддерживают не более 38°С, а в процессе воздействия теплового излучения - не более 45°С.Also, the temperature of the exit window during exposure to ionizing radiation is maintained no more than 38 ° C, and during exposure to thermal radiation - not more than 45 ° C.
Таким образом, изменяя напряжение между катодом и анодом, выбирая материал и толщину анода, применяя данный способ возможно с использованием одного устройства проводить облучение патологий отдельно рентгеновским излучением, потоком электронов, тепловым потоком или их комбинациями.Thus, by varying the voltage between the cathode and the anode, choosing the material and thickness of the anode, using this method, it is possible using a single device to irradiate pathologies separately by X-ray, electron flux, heat flux, or combinations thereof.
Для реализации описанного способа предложено устройство для облучения патологий человеческого организма, включающее зонд, имеющий дистальный и проксимальный концы, с расположенным в нем источником излучения, включающим катод и анод, состоящий из основы и мишени, систему охлаждения анода и блок электропитания, в котором зонд выполнен в виде, по меньшей мере, двух коаксиально установленных с зазором друг относительно друга тонкостенных трубок, в зазоре между которыми размещена система охлаждения с теплоносителем, внутри полости, образованной внутренней трубкой, дополнительно размещен катод, заключенный в слой электроизоляции, при этом анод размещен на дистальном конце зонда, а на внешней поверхности зонда установлен чехол, выполненный из электроизоляционного материала, совместимого с биологической тканью организма.To implement the described method, a device is proposed for irradiating pathologies of the human body, including a probe having distal and proximal ends, a radiation source located in it, including a cathode and anode, consisting of a base and a target, anode cooling system and an electrical power supply unit, in which the probe is made in the form of at least two thin-walled tubes coaxially installed with a gap relative to each other, in the gap between which there is a cooling system with a coolant, inside the cavity, images constant inner tube further disposed a cathode enclosed in a layer of insulation, wherein the anode is placed at the distal end of the probe, and on the outer surface of the probe cover is mounted, made of electrically insulating material compatible with biological tissue of the organism.
В другом варианте устройства для облучения патологий человеческого организма, включающего зонд, имеющий дистальный и проксимальный концы, с расположенными в нем катодом и анодом, состоящим из основы и мишени, систему охлаждения анода и блок электропитания, зонд выполнен в виде, по меньшей мере, двух коаксиально установленных с зазором друг относительно друга тонкостенных трубок, в зазоре между которыми размещен катод, заключенный в слой электроизоляции, внутри полости, образованной внутренней трубкой, размещена система охлаждения с теплоносителем, при этом анод размещен на дистальном конце зонда, а на внешней поверхности зонда установлен чехол, выполненный из электроизоляционного материала совместимого с биологической тканью организма.In another embodiment of a device for irradiating pathologies of the human body, including a probe having a distal and proximal ends, with a cathode and anode located in it, consisting of a base and a target, anode cooling system and an electrical power supply, the probe is made in the form of at least two thin-walled tubes coaxially installed with a gap relative to each other, in the gap between which there is a cathode enclosed in an electrical insulation layer, a cooling system with heat is placed inside the cavity formed by the inner tube onositelem, wherein the anode is placed at the distal end of the probe, and on the outer surface of the probe cover is mounted, made of electrically insulating material compatible with biological tissue of the organism.
Оба этих варианта могут быть выполнены с системой охлаждения с теплоносителем в виде замкнутого объема, представляющего собой тепловую трубу, в зоне испарения которой размещен анод, а зона конденсации с теплосъемником размещена на проксимальном конце зонда или с системой охлаждения с теплоносителем в виде контура с циркулирующим по нему теплоносителем. В качестве циркулирующего теплоносителя, в частности, может быть использован жидкий металл с температурой плавления ниже 37 градусов.Both of these options can be performed with a cooling system with a coolant in the form of a closed volume, which is a heat pipe in the evaporation zone of which an anode is placed, and a condensation zone with a heat sink is located at the proximal end of the probe or with a cooling system with a coolant in the form of a circuit with a circulating him coolant. As a circulating coolant, in particular, liquid metal with a melting point below 37 degrees can be used.
Для обоих вариантов устройства анод может быть выполнен в виде конуса, вершина которого обращена к потоку электронов, а мишень сформирована на конической поверхности, при этом, по меньшей мере, одна из поверхностей анода может быть выполнена профилированной.For both variants of the device, the anode can be made in the form of a cone, the apex of which is facing the electron flow, and the target is formed on a conical surface, while at least one of the anode surfaces can be profiled.
Кроме того, мишень анода может изготавливаться из поликристаллического или монокристаллического молибдена или вольфрама или их сплавов с тугоплавкими металлами из ряда Re, Ta, Nb, Hf.In addition, the anode target can be made of polycrystalline or single crystal molybdenum or tungsten or their alloys with refractory metals from the series Re, Ta, Nb, Hf.
В частности, катод может изготавливаться в виде пластины из поликристаллического или монокристаллического молибдена или вольфрама или их сплавов с тугоплавкими металлами из ряда Та, Nb, Hf.In particular, the cathode can be made in the form of a plate of polycrystalline or single crystal molybdenum or tungsten or their alloys with refractory metals from the series Ta, Nb, Hf.
Катод также может выполняться в виде плоской спирали из поликристаллического или монокристаллического молибдена или вольфрама или их сплавов с тугоплавкими металлами из ряда Та, Nb, Hf. При этом на поверхности катода, обращенной к аноду, может быть сформирован слой углеродных нанотрубок.The cathode can also be made in the form of a flat spiral of polycrystalline or single crystal molybdenum or tungsten or their alloys with refractory metals from the series Ta, Nb, Hf. Moreover, a layer of carbon nanotubes can be formed on the surface of the cathode facing the anode.
Как вариант, на дистальном конце зонда перед анодом размещена диафрагма с различными по размеру и форме выходными отверстиями, а на проксимальном конце зонда может быть установлен узел осевого перемещения катода относительно анода. Кроме того, зонд может быть выполнен гибким.Alternatively, at the distal end of the probe in front of the anode there is a diaphragm with exit holes of various sizes and shapes, and an axial displacement assembly of the cathode relative to the anode can be installed at the proximal end of the probe. In addition, the probe can be made flexible.
Заявленный авторами способ облучения патологий и устройство для его осуществления позволяют существенно повысить эффективность лечения злокачественных и незлокачественных опухолей и других заболеваний, которые чувствительны к облучению ионизирующими и тепловыми излучениями. Это достигается главным образом за счет совместного и одновременного облучения различными потоками, а также повышением мощности источников рентгеновского излучения. Так, если в известных способах, как отмечалось, величина электрического тока составляет единицы (до 10) мкА, а мощность на уровне одного ватта, то предлагаемые способ и устройство позволяют повысить значения тока до десятков мА и мощность до 300 Вт. Это достигается особенностями процедур облучения, обеспечиваемых предлагаемым способом и конструкцией устройства, содержащего эффективную систему охлаждения мишени, разогреваемой тормозящимися электронами (более 95% кинетической энергии электронов переходит в тепло при торможении). Дополнительные преимущества дает использование монокристаллических или наноструктурированных сплавов вольфрама при изготовлении катода и анода, а также возможность изменения расстояния между анодом и катодом. Кроме того, возможность контроля температуры мишени позволяет оптимально планировать лечение и обезопасить пациента от ожогов. Несомненным достоинством заявляемых способа и устройства является также возможность проводить лечение патологий внутренних органов, не имеющих прямых полостей (например, желудка), используя изогнутый гибкий зонд.The claimed method of irradiating pathologies and a device for its implementation can significantly increase the effectiveness of the treatment of malignant and non-malignant tumors and other diseases that are sensitive to radiation by ionizing and thermal radiation. This is achieved mainly due to the combined and simultaneous irradiation of various streams, as well as increasing the power of x-ray sources. So, if in the known methods, as noted, the magnitude of the electric current is unity (up to 10) μA, and the power is at the level of one watt, then the proposed method and device can increase the current to tens of mA and power to 300 watts. This is achieved by the features of the irradiation procedures provided by the proposed method and the design of the device containing an effective target cooling system heated by decelerating electrons (more than 95% of the kinetic energy of the electrons goes into heat during braking). Additional advantages are provided by the use of single-crystal or nanostructured tungsten alloys in the manufacture of the cathode and anode, as well as the possibility of changing the distance between the anode and cathode. In addition, the ability to control the temperature of the target allows you to optimally plan treatment and protect the patient from burns. The undoubted advantage of the proposed method and device is also the ability to treat pathologies of internal organs that do not have direct cavities (for example, the stomach) using a curved flexible probe.
Изобретение иллюстрируется фигурами графических изображений.The invention is illustrated by figures of graphic images.
На фиг.1 представлена схема зонда с источником излучения в виде рентгеновской трубки в соответствии с первым вариантом изобретения.Figure 1 presents a diagram of a probe with a radiation source in the form of an x-ray tube in accordance with the first embodiment of the invention.
На фиг.2 представлена схема зонда с источником излучения в виде рентгеновской трубки в соответствии со вторым вариантом изобретения.Figure 2 presents a diagram of a probe with a radiation source in the form of an x-ray tube in accordance with the second embodiment of the invention.
На фиг.3 изображен зонд, введенный в естественную полость до контакта анода с патологией.Figure 3 shows a probe inserted into the natural cavity prior to contact of the anode with pathology.
На фиг.4 представлены варианты конструкции анодов.Figure 4 presents the design options of the anodes.
Зонд в соответствии с первым вариантом конструкции (как это изображено на фиг.1) выполнен в виде двух тонкостенных трубок - внешней 1 и внутренней 2, установленных с зазором коаксиально друг другу. В зазоре между трубками размещена система охлаждения 3 с теплоносителем. Внутри полости, образованной внутренней трубкой 2 размещен слой электроизоляции 4 с осевой полостью, внутрь которой помещен катод 5. Анод, состоящий из основы 6 и мишени 7, размещен на дистальном конце зонда 8. На внешней поверхности внешней трубки 1 установлен чехол 9, выполненный из материала, совместимого с биологической тканью организма, а на проксимальном конце зонда 10 размещен блок электропитания 11.The probe in accordance with the first embodiment (as shown in figure 1) is made in the form of two thin-walled tubes - external 1 and internal 2, installed with a gap coaxial to each other. In the gap between the tubes placed
Зонд в соответствии со вторым вариантом конструкции (как это изображено на фиг.2) выполнен в виде двух тонкостенных трубок - внешней 1 и внутренней 2, установленных с зазором коаксиально друг другу. В зазоре между трубками помещен катод 5, заключенный в слой электроизоляции 4. Внутри полости, образованной внутренней трубкой 2, размещена система охлаждения 3 с теплоносителем. Анод, состоящий из основы 6 и мишени 7, размещен на дистальном конце зонда 8. На внешней поверхности внешней трубки 1 установлен чехол 9, выполненный из материала, совместимого с биологической тканью организма, а на проксимальном конце зонда 10 размещен блок электропитания 11.The probe in accordance with the second embodiment (as shown in figure 2) is made in the form of two thin-walled tubes - external 1 and internal 2, installed with a gap coaxial to each other. In the gap between the tubes, a cathode 5 is placed, enclosed in an
На фиг.4 изображены варианты конструкции анода с основой 6, мишенью 7 и системой охлаждения 3.Figure 4 shows the design options of the anode with the
Все элементы конструкции и их нумерация аналогичны изображенным на фиг.1 и фиг.2.All structural elements and their numbering are similar to those shown in figure 1 and figure 2.
Пример осуществления.An example implementation.
Приводим один из вариантов исполнения устройства. Зонд выполнен в виде коаксиальных тонкостенных трубок, изготовленных из нержавеющей стали. На внешней поверхности зонда размещен чехол, выполненный из ситала, материала, совместимого с биологической тканью организма.We give one of the versions of the device. The probe is made in the form of coaxial thin-walled tubes made of stainless steel. On the outer surface of the probe is a cover made of glass, a material compatible with the biological tissue of the body.
В зазоре коаксиальных трубок размещена тепловая труба, состоящая из графитовой плетенки - фитиля и теплоносителя, в качестве которого использована индий-галлиевая эвтектика с температурой плавления 30°С. На дистальном торце зонда, контактирующем с патологией, в зоне испарения тепловой трубы установлен анод, изготовленный из монокристаллического Мо в форме конуса. Катод выполнен в виде плоской кольцевой спирали, выполненной из монокристаллического сплава WTa толщиной 200 мкм. На тыльной стороне анода закреплена хромель-алюмелевая термопара. Внутри внутренней трубки размещена электроизоляция в виде трубки из оксида алюминия, а в ее полости проложены проводы, соединяющие катод и анод с блоком питания. Анод совмещен с выходным окном зонда и заземлен.In the gap of the coaxial tubes there is a heat pipe consisting of a graphite braid - a wick and a heat carrier, which is used indium-gallium eutectic with a melting point of 30 ° C. At the distal end of the probe in contact with pathology, an anode made of single-crystal Mo in the form of a cone is installed in the zone of evaporation of the heat pipe. The cathode is made in the form of a flat annular spiral made of a WTa single crystal alloy 200 μm thick. A chromel-alumel thermocouple is mounted on the back of the anode. Electrical insulation in the form of an aluminum oxide tube is placed inside the inner tube, and wires are connected in its cavity connecting the cathode and anode with the power supply. The anode is aligned with the exit window of the probe and is grounded.
Способ облучения патологий с использованием этого устройства реализуется следующим образом. Зонд вводят в естественную полость (например, в прямую кишку) или послеоперационную полость (например, в молочную железу женщины после операции) до контакта анода с патологией. Фиксируют анод на патологии.A method for irradiating pathologies using this device is implemented as follows. The probe is inserted into the natural cavity (for example, in the rectum) or the postoperative cavity (for example, in the woman’s mammary gland after surgery) before the anode contacts the pathology. The anode is fixed on the pathology.
Включают источник излучения для генерирования ионизирующего излучения. С помощью диафрагмы поток излучения ограничивают в диаметре меньшем, чем максимальный размер патологии, который определен предварительным диагностированием, например с помощью компьютерной томографии. Энергию ионизирующего излучения (рентгеновского или электронного) выбирают в зависимости от толщины патологии. Для этого используют табличные значения глубины проникновения соответствующего ионизирующего излучения (рентгеновского или электронного) при различных электрических параметрах источника излучения (напряжения и тока) и коэффициента поглощения этого излучения в воде - имитаторе среды. При этом температуру выходного окна, контактирующего с патологией, регулируют изменением интенсивности системы охлаждения.A radiation source is included to generate ionizing radiation. Using a diaphragm, the radiation flux is limited in diameter to less than the maximum size of the pathology, which is determined by preliminary diagnosis, for example using computed tomography. The energy of ionizing radiation (X-ray or electron) is selected depending on the thickness of the pathology. To do this, use tabular values of the penetration depth of the corresponding ionizing radiation (X-ray or electron) for various electrical parameters of the radiation source (voltage and current) and the absorption coefficient of this radiation in water - a medium simulator. In this case, the temperature of the exit window in contact with pathology is controlled by a change in the intensity of the cooling system.
По достижении максимально допустимой температуры мишени анода (не выше 38°С) высокое напряжение отключают (вариант - автоматически). После снижения температуры до уровня 37°С высокое напряжение включают. Цикл повторяют до набора требуемой поглощенной дозы облучения в интервале 100-8000 рад.Upon reaching the maximum allowable target temperature of the anode (not higher than 38 ° C), the high voltage is turned off (option - automatically). After the temperature drops to 37 ° C, high voltage is turned on. The cycle is repeated until the required absorbed radiation dose is set in the range of 100-8000 rad.
В варианте использования ускорителя электронов анод с мишенью совмещают с выходным окном и устанавливают в торце полого зонда, контактирующего с патологией, при этом поток электронов пропускают через полый зонд и фокусируют на мишени.In the variant of using the electron accelerator, the anode with the target is combined with the exit window and installed at the end of the hollow probe in contact with the pathology, while the electron flow is passed through the hollow probe and focused on the target.
Для одновременного облучения рентгеновскими лучами и тепловым потоком при заданном электрическом напряжении между катодом и анодом устанавливают анод с переменной толщиной. В этом случае в зоне утонения анода будут выходить рентгеновские лучи, а в утолщенной зоне будет происходить генерация теплового излучения за счет нагрева анода, вызванного торможением электронов.To simultaneously irradiate with x-rays and heat flux at a given electrical voltage, an anode with a variable thickness is installed between the cathode and anode. In this case, X-rays will be emitted in the thinned zone of the anode, and thermal radiation will be generated in the thickened zone due to heating of the anode caused by electron deceleration.
При последовательном облучении изменяют напряжение между катодом и анодом при выбранном материале и форме анода.With sequential irradiation, the voltage between the cathode and the anode is changed with the selected material and the shape of the anode.
Группа изобретений обеспечивает облучение патологий ионизирующим и/или тепловым воздействием повышенной интенсивности, позволяет осуществить последовательное или одновременное воздействие на патологии ионизирующим излучением и тепловыми потоками при помощи одного облучательного устройства, что позволяет значительно повысить эффективность лечения при введении зонда с источниками излучения внутрь организма, а также уменьшить время разового облучения.The group of inventions provides irradiation of pathologies with ionizing and / or thermal effects of increased intensity, allows for sequential or simultaneous exposure of pathologies to ionizing radiation and heat fluxes using a single irradiation device, which can significantly increase the effectiveness of treatment when a probe with radiation sources is introduced into the body, and reduce the time of a single exposure.
Claims (25)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012111825/14A RU2519772C2 (en) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | Method for exposing human body pathologies to radiation and device for implementing same (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012111825/14A RU2519772C2 (en) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | Method for exposing human body pathologies to radiation and device for implementing same (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012111825A RU2012111825A (en) | 2013-10-10 |
| RU2519772C2 true RU2519772C2 (en) | 2014-06-20 |
Family
ID=49302480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012111825/14A RU2519772C2 (en) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | Method for exposing human body pathologies to radiation and device for implementing same (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2519772C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1141475A1 (en) * | 1983-06-16 | 1985-02-23 | Научно-Исследовательский Институт Интроскопии | X-ray tube |
| US5090043A (en) * | 1990-11-21 | 1992-02-18 | Parker Micro-Tubes, Inc. | X-ray micro-tube and method of use in radiation oncology |
| RU2257638C1 (en) * | 2004-06-17 | 2005-07-27 | Кузнецов Вадим Львович | X-ray tube (alternatives) |
-
2012
- 2012-03-27 RU RU2012111825/14A patent/RU2519772C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1141475A1 (en) * | 1983-06-16 | 1985-02-23 | Научно-Исследовательский Институт Интроскопии | X-ray tube |
| US5090043A (en) * | 1990-11-21 | 1992-02-18 | Parker Micro-Tubes, Inc. | X-ray micro-tube and method of use in radiation oncology |
| RU2257638C1 (en) * | 2004-06-17 | 2005-07-27 | Кузнецов Вадим Львович | X-ray tube (alternatives) |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Wong JY et al, Intracatheter hyperthermia and iridium-192 radiotherapy in the treatment of bile duct carcinoma, Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1988 Feb;14(2):353-9 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012111825A (en) | 2013-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2140111C1 (en) | Method and device for exposure of external surface of body cavity to x-rays | |
| US6890346B2 (en) | Apparatus and method for debilitating or killing microorganisms within the body | |
| US5090043A (en) | X-ray micro-tube and method of use in radiation oncology | |
| US5428658A (en) | X-ray source with flexible probe | |
| US5452720A (en) | Method for treating brain tumors | |
| KR100255723B1 (en) | Miniaturized low power x-ray source | |
| JP2017189653A (en) | Monochromatic X-ray apparatus | |
| US5547454A (en) | Ion-induced nuclear radiotherapy | |
| EP1490886A4 (en) | Array of miniature radiation sources | |
| CN107432992B (en) | Proximal treatment apparatus and its radioactive source | |
| KR100898903B1 (en) | Carbon nano tube based brachytherapy apparatus | |
| JP2005237730A (en) | Desktop type radiation therapy/diagnosis apparatus and method of using the same | |
| TW200920437A (en) | Process and facility back to radio therapy treatment of textile metter either roentgen-CT (computer tomography) -system or either program or ortho volt-roentgen-process | |
| US9555264B1 (en) | MEMS based parallel microbeam radiosurgery without adaptive resistance to radiation | |
| RU2519772C2 (en) | Method for exposing human body pathologies to radiation and device for implementing same (versions) | |
| RU179629U1 (en) | MINIATURE SOURCE OF X-RAY RADIATION | |
| TWI577413B (en) | Brachytherapy apparatus and radiation source thereof | |
| Mahmoud-Pashazadeh et al. | Miniature CNT-based X-ray tube: assessment for use in intraoperative radiation therapy: Miniature CNT-based X-ray tube | |
| RU190316U1 (en) | X-ray tube | |
| US6856668B1 (en) | Method of treating a tumor by pre-irradiation | |
| RU2238774C2 (en) | Device for applying radiation therapy | |
| Mahmoud-Pashazadeh et al. | Miniature CNT-based X-ray tube: assessment for use in intraoperative radiation therapy | |
| Newing | Light, visible and invisible, and its medical applications | |
| Sagae et al. | Quasi-monochromatic x-ray generator utilizing graphite cathode diode with transmission-type molybdenum target | |
| RU140357U1 (en) | X-RAY THERAPEUTIC TUBE |