Устройство для лучевой терапии

 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам, применяемым в радиохирургии. Устройство состоит из радиационного блока, включающего внешний и внутренний соосные защитные блоки, выполненные в виде шаровых сегментов, и лечебного стола с тремя степенями свободы перемещения столешницы. Наружный защитный блок имеет размещенные по образующей его внутренней сферической поверхности источники ионизирующего излучения и выполнен подвижным, с вертикальной или горизонтальной осью вращения, проходящей через центр сферической поверхности. Внутренний защитный блок с коллимирующими отверстиями, размещенными соосно с источниками излучения так, что коллимированные пучки излучения сходятся в изоцентре, выполнен подвижным относительно наружного защитного блока с осью вращения, совпадающей с осью вращения этого блока. Защитные блоки выполнены из материалов с повышенными поглощающими излучение свойствами, например вольфрам или обедненный уран. Защитные блоки со станиной и электроприводами образуют моноблок. Столешница лечебного стола снабжена окном. Лечебный стол имеет устройства для индикации координат вертикального, продольного и поперечного перемещения центра окна относительно изоцентра радиационного блока. Использование изобретения позволяет повысить терапевтическую эффективность, степень автоматизации процедур подготовки и проведения облучения, расширить функциональные возможности устройства. 3 ил.

Устройство для лучевой терапии относится к области медицинской техники и преимущественно применяется в радиохирургии при лечении больных злокачественными опухолями с использованием источников ионизирующего излучения.

Известны устройства для лучевой терапии при злокачественных опухолях, например, аппараты для дистанционной лучевой терапии типа АГАТ-Р, Российская Федерация [1], состоящие из станины, маятника с размещенной на нем радиационной головкой с источником излучения, стола лечебного для укладки больного. Облучение опухолей, локализованных в теле больного, осуществляется в статическом режиме одним неподвижным коллимированным источником излучения с расстояния 75-100 см или в ротационном режиме с облучением опухоли с разных направлений путем вращения радиационной головки с источником излучения вокруг уложенного на лечебном столе больного.

Недостатком известных устройств является низкая избирательность облучения и, следовательно, возможные лучевые осложнения в здоровых тканях и критических органах.

Известны также устройства для внутритканевой лучевой терапии (инвазивной радиохирургии), при использовании которых в облучаемую мишень хирургическим путем внедряются полые иглы, в которые вводятся источники излучения (аппарат Microselectron, Голландия [2]).

Недостатком известных устройств является механическое травмирование здоровых тканей и опухоли.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является установка GammaKnife (гамма-нож), Швеция [3], применяемая в радиохирургии при внутричерепных заболеваниях и включающая радиационный блок, лечебный стол (кушетку) для укладки больного, транспортно-перезарядный контейнер, перезарядную машину и стереотаксическую систему.

Радиационный блок состоит из сменного защитного полусферического блока (шлема) в виде полого полушария, устанавливаемого в другой защитный блок, оба блока снабжены соосными коллимирующими отверстиями и помещены в стационарный куполообразный наружный защитный блок, на внутренней сферической поверхности которого соосно с коллимирующими отверстиями в несколько рядов стационарно размещен 201 источник гамма-излучения с радионуклидом кобальт-60 так, что коллимированные пучки ионизирующего излучения кобальта-60 сходятся в центре сферической поверхности полости шлема (изоцентре). В нерабочем положении для защиты от излучения, проходящего через коллимирующие отверстия, радиационный блок снабжен защитными шторками в виде двух полуцилиндров с выступами.

Замена источников излучения в связи с естественным снижением их активности осуществляется специальным транспортно-перезарядным контейнером и перезарядной машиной.

Для укладки больного устройство снабжено лечебным столом с двумя подвижными в осевом направлении столешницами, обеспечивающими ориентацию зафиксированной головы и шлема относительно изоцентра.

Недостатками известного устройства являются: - стационарное размещение источников излучения ограничивает возможности создания различных по форме пространственных распределений поглощенной энергии излучения, снижает возможности защиты критических органов, осуществляемой с помощью заглушек в коллимирующих отверстиях шлема, вызывает необходимость в громоздких защитных шторках для защиты персонала при нерабочем положении источников излучения, в сложной и дорогостоящей технике для зарядки устройства новыми источниками излучения; - совмещение центра схождения коллимированных пучков излучения (изоцентра) с центром сферических поверхностей защитных блоков шлема ограничивает область применения устройства лечением только при внутричерепных заболеваниях; - выполнение шлема сменным (с коллиматорами различного диаметра) создает неудобства в работе, повышает стоимость устройства, усложняет конструкцию (специальные тележки для размещения шлемов, сложный механизм для их замены); - наличие в конструкции стола только продольного перемещения столешницы вызывает необходимость в дополнительных устройствах достаточно сложной конструкции для ориентации головы пациента со шлемом (при неподвижном туловище) относительно изоцентра; - использование низкоэффективных защитных материалов (железо, свинец) приводит к увеличению габаритов и массы (масса устройства 38 тонн).

Предлагаемое техническое решение (Радиохирургическая установка Хетеева) устраняет недостатки прототипа и обеспечивает технический результат, заключающийся в повышении гарантии качества лучевой терапии (терапевтической эффективности), избирательности облучения, расширении функциональных возможностей устройства, повышении степени автоматизации процедур подготовки и проведения облучения, снижении габаритов и массы за счет того, что в предлагаемом устройстве для лучевой терапии, включающем лечебный стол с электромеханическими приводами, выполненный с возможностью продольного перемещения столешницы, и радиационный блок, состоящий из полых соосных защитных блоков, наружный защитный блок содержит источники ионизирующего излучения, внутренний защитный блок выполнен с соосными им коллимирующими отверстиями, размещенными в несколько рядов по поверхности внутреннего защитного блока, при этом коллимированные пучки излучения сходятся в изоцентре радиационного блока, отличающееся тем, что наружный и внутренний защитные блоки выполнены в виде шаровых сегментов и с возможностью перемещения наружного защитного блока с размещенными по образующим его внутренней поверхности источниками ионизирующего излучения относительно вертикальной или горизонтальной оси вращения, проходящей через изоцентр, а внутреннего защитного блока - с возможностью перемещения относительно наружного защитного блока с осью вращения, совпадающей с осью вращения наружного защитного блока, при этом защитные блоки, выполненные, например, из обедненного урана или вольфрама, снабженные электромеханическими приводами и установленные на станине, образуют съемный транспортабельный моноблок, столешница лечебного стола дополнительно выполнена с окном и возможностью поперечного и вертикального перемещения, а лечебный стол имеет устройство для индикации координат вертикального, продольного и поперечного перемещения центра окна столешницы относительно изоцентра радиационного блока.

Размещение источников излучения вне коллимирующих отверстий в пределах внутреннего защитного блока соответствует их нерабочему положению (положению хранения).

Повышение качества лучевой терапии и терапевтической эффективности обеспечивается за счет подвижного исполнения защитных блоков с источниками, расширением возможностей создания в автоматическом режиме практически неограниченного количества пространственных распределений поглощенной энергии излучения любой конфигурации.

Расширение функциональных возможностей устройства (для лечения при онкологических заболеваниях молочной железы, почек, легких и других внутренних, поверхностных локализаций опухолей) обеспечивается благодаря тому, что защитные блоки с вертикальной осью вращения могут быть выполнены в виде полых шаровых сегментов с изоцентром вне полости внутреннего защитного блока, а лечебный стол снабжен окном в зоне изоцентра радиационного блока и электромеханическими приводами вертикального, продольного и поперечного перемещения столешницы с индикаторами координат расположения центра окна относительно изоцентра.

Повышению избирательности облучения способствует возможность автоматизации произвольного выбора направлений (позиций) облучения в зависимости от локализации мишени, времени облучения в каждой позиции, размера поля облучения (коллимирующих отверстий), трех степеней свободы перемещения столешницы.

Снижение массы и габаритов устройства и, соответственно, стоимости обусловлено применением материалов с повышенными ослабляющими излучение свойствами (обедненный уран, вольфрам).

Упрощение выбора положения хранения источников излучения обеспечено за счет возможности перемещения блока с коллимирующими отверстиями относительно блока с источниками.

Конструктивными элементами заявленного устройства, обладающими существенными отличительными признаками, обеспечивающими указанный технический результат, являются следующие: - наружный защитный блок с размещенными на образующей его внутренней сферической поверхности источниками ионизирующего излучения выполнен подвижным с вертикальной или горизонтальной осью вращения, проходящей через центр сферической поверхности, внутренний защитный блок с несколькими рядами коллимирующих отверстий разного диаметра, размещенных по образующим сферической поверхности блока соосно с источниками излучения, выполнен подвижным относительно защитного блока с источниками излучения с осью вращения, совпадающей с осью вращения этого блока; - защитные блоки могут быть выполнены в виде полых шаровых сегментов так, что изоцентр вынесен за пределы внутренней полости блока с коллимирующими отверстиями; - лечебный стол снабжен окном в зоне изоцентра радиационного блока и механизмами вертикального, продольного и поперечного перемещения столешницы с индикаторами координат положения центра окна относительно изоцентра; - защитные блоки выполнены из материалов с повышенными ослабляющими излучение свойствами (обедненный уран, вольфрам).

Сущность предлагаемого устройства может быть пояснена чертежами.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства с вертикальной осью вращения блока с источниками излучения, на фиг 2 - вариант исполнения устройства с горизонтальной осью вращения блока с источниками излучения для применения его при облучении некоторых локализаций внутричерепных опухолей, на фиг.3 - взаимное расположение защитных блоков при нахождении источников излучения в положении хранения.

В состав устройства входят радиационный блок 1, лечебный стол 2 и основание 3.

Радиационный блок состоит из кожуха 4 с размещенными в нем защитным блоком 5, представляющим собой полусферу, часть полусферы или полого шарового сегмента с источниками ионизирующего излучения 6, защитным блоком 7 с коллимирующими отверстиями 8. Защитный блок 5 установлен на станине 9 на валу 10 и снабжен электромеханическим приводом 11.

Блок 7 снабжен осью вращения 12, электромеханическим приводом 13 и размещен на защитном блоке 5.

Осевые линии коллимирующих отверстий и, соответственно, пучки ионизирующего излучения сходятся в центре 14 сферических поверхностей защитных блоков (изоцентре).

Защитные блоки могут быть выполнены в виде шаровых сегментов. В этом случае изоцентр 14 вынесен за пределы внутренней полости блока 7 (фиг.1).

В варианте исполнения (фиг.2) с горизонтальной осью вращения защитного блока с источниками применен противовес 15 для уравновешивания системы. Противовес может быть применен и в варианте исполнения с вертикальной осью вращения.

Радиационный блок выполнен съемным и транспортабельным и может служить транспортно-перезарядным контейнером, т.е. может заменить специальное транспортно-перезарядное устройство.

Лечебный стол 2 установлен на одном основании 3 с радиационным блоком 1 и состоит из станины 16 с электромеханическим приводом 17 вертикального перемещения подвижной части 18 стола. На раме 19 размещена столешница 20 с электромеханическими приводами 21 и 22 продольного и поперечного перемещения соответственно. Столешница снабжена окном 23 в зоне изоцентра 14 радиационного блока 1. Шкальные устройства (индикаторы) 24, 25, 26 предназначены для индикации координат соответственно вертикального, продольного и поперечного перемещения центра окна 23 столешницы относительно изоцентра радиационного блока.

В качестве источников излучения предусмотрено применение источников на основе радионуклидов кобальт-60 (период полураспада 5,3 года) или цезий-137 (период полураспада 30 лет).

Для уменьшения массы и габаритов устройства предполагается использование обедненного урана или вольфрама.

Устройство работает следующим образом.

В положение хранения (нерабочее положение) источники излучения 6 (фиг.3) устанавливаются поворотом защитного блока 7 до датчика 27 останова электропривода в положении хранения вне коллимирующих отверстий.

Такой принцип выбора положения хранения исключает необходимость в тяжелых и громоздких защитных шторках.

По заранее составленному на основании данных диагностики дозиметрическому плану облучения программа системы управления выдает команду на запуск электропривода 13 защитного блока 7, который совмещает выбранный дозиметрическим планом ряд коллиматоров с источниками излучения 6 и начинается отсчет времени в первой заданной позиции облучения. По окончании времени облучения в первой позиции включается электропривод 11, он переводит источники излучения 6 вместе с защитными блоками 5 и 7 в следующую позицию облучения, в которой задано ненулевое время. Позиции, в которых задано нулевое время, источники минуют без останова. Количество позиций облучения и расстояние между ними может быть задано углом поворота источников (в градусах) или длиной линейного перемещения по окружности.

По окончании времени облучения в последней заданной позиции облучения электропривод 13 переводит защитный блок 7 в положение хранения источников излучения.

Исполнение блока с источниками подвижным с возможностью произвольного выбора времени облучения в каждой позиции и размера поля облучения (диаметра коллимирующих отверстий) в подвижном защитном блоке 7 в сочетании с тремя степенями свободы перемещения столешницы обеспечивает формирование в автоматическом режиме практически неограниченного количества дозных распределений различной конфигурации, а также защиту критических органов и здоровых тканей, например, защиту глаз при облучении внутричерепных локализаций опухолей.

Вариант исполнения защитных блоков в виде полых шаровых сегментов с соответствующим переносом изоцентра за пределы полости внутреннего защитного блока расширяет функциональные возможности устройства с обеспечением возможности облучения при заболеваниях, например, внутренних органов.

Исполнение защитных блоков с электроприводами в одном съемном транспортабельном моноблоке исключает необходимость в громоздких и сложных транспортно-перезарядном контейнере и перезарядной машине. Этот моноблок может использоваться для перезарядки источников, загружаемых в наружный защитный блок непосредственно у изготовителя источников излучения.

Благодаря использованию высокоэффективных защитных материалов и усовершенствованию конструкции по сравнению с прототипом масса устройства составит 1,5-2 тонны (масса прототипа 38 тонн) и значительно меньшие габариты с соответствующим снижением стоимости устройства.

Сравнительный анализ заявленного устройства с прототипом и аналогичными устройствами современного уровня техники показал, что в предложенном конструктивно-функциональном единстве заявленное устройство является новым.

В результате анализа научно-технической и патентной литературы установлено, что устройства для лучевой терапии с защитными блоками, в том числе в виде полых полушариев, и источниками ионизирующего излучения известны. Однако заявленное устройство в предложенном конструктивно-функциональном исполнении неизвестно и для специалиста явным образом не следует из современного уровня техники и, по мнению авторов, обладает новыми свойствами, не совпадающими со свойствами отличительных признаков известных технических решений и не равными сумме этих свойств.

Предложенное устройство может быть изготовлено с применением современных технологий и успешно применено в медицинской практике.

Таким образом, заявленное техническое решение является новым, имеет изобретательский уровень, может быть освоено промышленностью, т.е. соответствует критериям изобретения.

Литература
1. Ротационные гамма-терапевтические аппараты для программированного дальнедистанционного облучения злокачественных опухолей. Проспект ВНИИ технической физики и автоматизации. Российская Федерация.

2. MICROSELECTRON HDR ¹⁹²Ir. Проспект фирмы NUCLETRON, Нидерланды.

3. Leksell Gamma Knife. Проспект фирмы ELEKTA, Швеция.

Формула изобретения

Устройство для лучевой терапии, содержащее лечебный стол с электромеханическими приводами, выполненный с возможностью продольного перемещения столешницы, и радиационный блок, состоящий из полых соосных защитных блоков, наружный защитный блок содержит источники ионизирующего излучения, внутренний защитный блок выполнен с соосными с ним коллимирующими отверстиями, размещенными в несколько рядов по поверхности внутреннего защитного блока, при этом пучки излучения сходятся в изоцентре радиационного блока, отличающееся тем, что наружный и внутренний защитные блоки выполнены в виде шаровых сегментов и с возможностью перемещения наружного защитного блока с размещенными по образующим его внутренней поверхности источниками ионизирующего излучения относительно вертикальной или горизонтальной оси вращения, проходящей через изоцентр, а внутреннего защитного блока – с возможностью перемещения относительно наружного защитного блока, с осью вращения, совпадающей с осью вращения наружного защитного блока, при этом защитные блоки, выполненные, например, из обедненного урана или вольфрама, снабженные электромеханическими приводами и установленные на станине, образуют съемный и транспортабельный моноблок, столешница лечебного стола дополнительно выполнена с окном и возможностью поперечного и вертикального перемещения, а лечебный стол имеет устройства для индикации координат вертикального, продольного и поперечного перемещения центра окна относительно изоцентра радиационного блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3