Закрытый источник ионизирующего излучения (варианты)
Использование: изобретение относится к технике ядерной медицины и может быть использовано для внутритканевой лучевой терапии больных со злокачественными опухолями. Закрытый источник ионизирующего излучения содержит радиоактивную вставку с радиоактивным веществом на ней, размещенную в герметичной капсуле, при этом радиоактивная вставка выполнена в виде трубки, на поверхность которой нанесено радиоактивное вещество, а толщина стенки трубки не превышает значения обратной величины взвешенного по спектру излучения среднего коэффициента линейного ослабления излучения веществом трубки. Во втором варианте выполнения радиоактивная вставка выполнена в виде трубки, на поверхность которой нанесен слой связующего вещества, на поверхность связующего вещества нанесено радиоактивное вещество, а толщина стенки трубки так же не превышает значения обратной величины взвешенного по спектру излучения среднего коэффициента линейного ослабления излучения веществом трубки. Предлагаемый закрытый источник ионизирующего излучения при использовании создает вокруг себя поле ионизирующего излучения с меньшей анизотропией и содержит меньше радиоактивного вещества. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 12 ил.
Изобретение относится к технике ядерной медицины и может быть использовано для внутритканевой лучевой терапии больных с раковыми опухолями.
Аналогом изобретения является закрытый терапевтический источник ионизирующего излучения (модель 6701) (Втюрин Б.М., Иванов В.Н. Иванова Л.Ф., Шахматов Д.Т. Медицина и здравоохранение. Серия: Онкология, обзорная информация, выпуск I. М.: ВНИИМИ, 1986, с.7). В закрытом источнике ионизирующего излучения модели 6701 радиоактивная вставка выполнена в виде двух шариков из ионообменной смолы, пропитанных радиоактивным изотопом йодом-125 и разделенных сферой из золота, служащей для его рентгенографической маркировки. Радиоактивная вставка заключена в герметичную капсулу из титанового капилляра, герметизированную сваркой с обоих концов. Размеры закрытого источника: длина 4,5 мм, диаметр 0,8 мм, толщина стенки титанового капилляра 0,05 мм, диаметр элементов радиоактивной вставки 0,6 мм.
Недостатком закрытого источника модели 6701 является анизотропность его дозного поля в облучаемой ткани.
Прототипом изобретения является закрытый терапевтический источник ионизирующего излучения, выпускаемый фирмой Medical Products Division 3M Company модель 6711) (Втюрин Б.М., Иванов В.Н. Иванова Л.Ф., Шахматов Д.Т. Медицина и здравоохранение. Серия: Онкология, обзорная информация, выпуск I. М.: ВНИИМИ, 1986, с.7). В закрытом источнике ионизирующего излучения модели 6711 радиоактивной вставкой служит серебряный стержень с нанесенным на его поверхность йодом-125. Длина радиоактивной вставки 3,0 мм, диаметр 0,5 мм. Радиоактивная вставка помещена в такую же герметичную капсулу, как и капсула закрытого источника ионизирующего излучения модели 6701.
К недостаткам прототипа относятся:
- поглощение ионизирующего излучения серебряным стержнем радиоактивной вставки, приводящее к значительному уменьшению мощности поглощенной дозы в облучаемой ткани. Для компенсации уменьшения мощности поглощенной дозы требуется дополнительный расход радиоактивного вещества;
- анизотропность дозного поля ионизирующего излучения в облучаемой ткани.
Технический результат изобретения состоит в уменьшении количества радиоактивного вещества в закрытом источнике ионизирующего излучения при сохранении выделяемой источником необходимой мощности поглощенной дозы в облучаемой ткани и уменьшении анизотропности его дозного поля.
Для достижения технического результата в закрытом источнике ионизирующего излучения по первому варианту исполнения, содержащем размещенную в герметичной капсуле радиоактивную вставку с радиоактивным веществом на ней, предлагается:
- радиоактивную вставку изготовить в виде трубки;
- на поверхность трубки нанести радиоактивное вещество;
- толщину стенки трубки выбрать не превышающей значения обратной величины взвешенного по спектру излучения среднего коэффициента линейного ослабления излучения веществом трубки.
Для достижения технического результата в закрытом источнике ионизирующего излучения по второму варианту исполнения, содержащем размещенную в герметичной капсуле радиоактивную вставку с радиоактивным веществом на ней, предлагается:
- радиоактивную вставку изготовить в виде трубки;
- на поверхность трубки нанести слой связующего вещества;
- на поверхность связующего вещества нанести радиоактивное вещество;
- толщину стенки трубки выбрать не превышающей значения обратной величины взвешенного по спектру излучения среднего коэффициента линейного ослабления излучения веществом трубки.
В частных случаях исполнения закрытых источников ионизирующего излучения по первому и второму вариантам, предлагается следующее.
Во-первых, внутрь радиоактивной вставки поместить, по меньшей мере, один рентгенографический маркер.
Во-вторых, по меньшей мере, в одну торцевую часть герметичной капсулы между торцевой стенкой и торцевой частью радиоактивной вставки поместить, по меньшей мере, один рентгенографический маркер.
Кроме того, в первом и втором частных случаях исполнения закрытых источников ионизирующего излучения на поверхность, по меньшей мере, одного рентгенографического маркера предлагается нанести радиоактивное вещество.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1, 3, 5, 7, 9 представлены возможные конструкции закрытого источника ионизирующего излучения по первому варианту исполнения, на фиг.2, 4, 6, 8, 10 - возможные конструкции закрытого источника ионизирующего излучения по второму варианту исполнения, на фиг.11 для источника ионизирующего излучения по второму варианту исполнения (фиг.2) и для источника-прототипа - расчетные зависимости значений мощности поглощенной дозы (P1 и P2 соответственно) в точках на окружности с радиусом, равным 1 см, и центром, совпадающим с геометрическим центром источника, лежащей в плоскости его продольной оси, от угла 
между продольной осью и радиусом окружности, меняющегося от 0 до 90
, на фиг.12 - зависимость от угла , отношения взятых из фиг.11 значений мощности поглощенной дозы, выделяемой в облучаемой ткани излучением закрытого источника по второму варианту исполнения (фиг.2), к соответствующим значениям мощности поглощенной дозы, выделяемой излучением источника-прототипа, (P1/P2).
На фиг.1-10 и по тексту приняты следующие обозначения: 1 - корпус; 2 - сварной шов; 3 - торцевая стенка; 4 - трубка; 5 - радиоактивное вещество; 6 -связующее вещество; 7 - рентгенографический маркер.
Закрытый источник ионизирующего излучения по первому и второму вариантам исполнения состоит из герметичной капсулы и находящейся в ней вставки.
Герметичная капсула состоит из корпуса 1 и приваренных к нему сварными швами 2 торцевых стенок 3.
Вставка закрытого источника ионизирующего излучения по первому варианту исполнения, представляет собой трубку 4 с нанесенным на ее поверхность радиоактивным веществом 5 (фиг.1). Толщина стенки трубки 4 выбрана не превышающей значения обратной величины взвешенного по спектру излучения среднего коэффициента линейного ослабления излучения веществом трубки.
Трубка 4 может быть цельнотянутой или свернутой из листа. Стенка свернутой из листа трубки 4 может быть переменной толщины.
Поглощение излучения стенкой трубки 4 зависит от ее толщины. Чем меньше толщина стенки, тем меньше излучения будет поглощено стенкой и тем большей будет мощность поглощенной дозы в облучаемой ткани.
В состав радиоактивного вещества могут входить несколько радиоактивных изотопов.
Радиоактивное вещество может быть нанесено:
- только на наружную поверхность трубки 4;
- на наружную поверхность и торцы трубки 4;
- на наружную поверхность, торцы и часть внутренней поверхности трубки 4
- на всю поверхность трубки.
В закрытом источнике ионизирующего излучения по второму варианту исполнения (фиг.2), на поверхность трубки 4 нанесен слой связующего вещества 6, а на поверхность связующего вещества нанесено радиоактивное вещество 5. Толщина стенки трубки 4 выбрана не превышающей значения обратной величины взвешенного по спектру излучения среднего коэффициента линейного ослабления излучения веществом трубки.
Если в состав радиоактивного вещества будет входить йод-125, то для изготовления радиоактивной вставки будет целесообразным использовать трубку 4 из нержавеющей стали. На заготовку из такой трубки может быть нанести электрохимическим осаждением тонкий, микронной толщины, слой серебра, как связующего вещества. Серебро при этом будет нанесено и снаружи, и внутри трубки на определенном расстоянии от ее краев. После нанесения слоя серебра на него можно будет нанести электрохимическим осаждением вещество, содержащее йод-125. Нержавеющая сталь значительно меньше серебра поглощает гамма-излучение, а серебро, как тонкая связующая прослойка, образует посредством адгезии устойчивую связь и с нержавеющей сталью, и с веществом, содержащим йод-125.
Возможны следующие частные случаи исполнения закрытого источника ионизирующего излучения, соответствующие первому и второму вариантам исполнения.
В первом частном случае исполнения закрытого источника ионизирующего излучения внутрь радиоактивной вставки может быть помещен, по меньшей мере, один рентгенографический маркер 7 (фиг.3 и 4).
За счет рентгенографических маркеров 7 внутри радиоактивной вставки, изготовленных, например, из серебра, достигается обнаружение закрытого источника ионизирующего излучения и определение его пространственной ориентации рентгенографическим просвечиванием ткани раковой опухоли. Предпочтительным представляется размещение маркеров в краях радиоактивной вставки. Для различения закрытых источников можно использовать рентгенографические маркеры 7 разной длины.
Во втором частном случае исполнения закрытого источника ионизирующего излучения, по меньшей мере, в одну торцевую часть герметичной капсулы, между ее торцевой стенкой и торцевой частью радиоактивной вставки, может быть помещен, по меньшей мере, один рентгенографический маркер 7 (фиг.7 и 8).
При таком размещении маркеров будет также обеспечиваться обнаружение и определение пространственной ориентации закрытого источника ионизирующего излучения рентгенографическим просвечиванием ткани раковой опухоли.
Причем в первом и втором частных случаях исполнения закрытого источника ионизирующего излучения по первому и второму вариантам, на поверхность, по меньшей мере, одного рентгенографического маркера 7 может быть нанесено радиоактивное вещество 5 (фиг.5, 6, 9 и 10).
За счет нанесения на поверхности маркеров 7 радиоактивного вещества 5 достигается его большая концентрация в торцевых частях закрытого источника, благодаря чему уменьшается анизотропность поля излучения.
На фиг.11 для источника ионизирующего излучения по второму варианту исполнения (фиг.2) и для источника-прототипа представлены расчетные зависимости значений мощности поглощенной дозы в точках на окружности с радиусом, равным 1 см, и центром, совпадающим с геометрическим центром источника, лежащей в плоскости его продольной оси, от угла между продольной осью и радиусом окружности, меняющимся от 0 до 90.
Расчеты зависимостей были выполнены в предположении, что на радиоактивные вставки источников нанесен йод-125. Активность йода-125 на вставке каждого источника была взята равной 1 мКи. Предполагалось, что 94% активности нанесено на боковую поверхность вставки, а остальные 6% на торцевые поверхности. Толщина трубки 4 была взята равной 0,05 мм.
На фиг.12 представлена зависимость от угла , отношения взятых из фиг.11 значений мощности поглощенной дозы, выделяемой в облучаемой ткани излучением закрытого источника по второму варианту исполнения (фиг.2), к соответствующим значениям мощности поглощенной дозы, выделяемой излучением источника-прототипа, (P1/P2). Диапазон изменения угла от 0 до 90. Средняя квадратическая погрешность расчетов не превышала 0,5%.
Известно, что клетки раковых опухолей разрушаются под действием ионизирующего излучения. Облучение их является более действенным, когда источник излучения находится в самой опухоли. Для облучения опухоли изнутри используют закрытые источники ионизирующего излучения малых размеров. В опухоль вводят набор таких источников. Количество источников в наборе и схема их расположения в опухоли рассчитываются заранее и определяются, в основном, величиной опухоли, необходимой для ее разрушения дозой и анизотропностью дозного поля, создаваемого отдельно взятым источником. Закрытые источники ионизирующего излучения с меньшей анизотропностью дозного поля могут быть более оптимально распределены в опухоли и для ее разрушения потребуется их меньшее количество.
Количественной характеристикой дозного поля закрытого источника ионизирующего излучения является мощность поглощенной дозы в облучаемой ткани. Мощность поглощенной дозы определяется активностью радиоактивного вещества или его количеством в закрытом источнике. Количество радиоактивного вещества в закрытом источнике ионизирующего излучения уменьшается со временем по закону радиоактивного распада. При изготовлении закрытого источника ионизирующего излучения на вставку наносят такое количество радиоактивного вещества, которого будет достаточно для выделения в облучаемой ткани необходимой дозы.
Находясь в опухоли, закрытый источник ионизирующего излучения по первому варианту исполнения (фиг.1) работает следующим образом. Капсула закрытого источника, состоящая из корпуса 1 и соединенных с ним сварными швами 2 торцевых стенок 3, предотвращает выход радиоактивного вещества 5 в облучаемую ткань. Радиоактивное вещество 5, нанесенное на поверхность трубки 4, распадаясь, выделяет в ткани раковой опухоли определенную мощность поглощенной дозы, что приводит к разрушению клеток раковой опухоли. Необходимая для разрушения всех раковых клеток доза излучения равна произведению мощности поглощенной дозы на время облучения.
Тонкая стенка трубки 4, толщина которой не превышает значения обратной величины взвешенного по спектру излучения среднего коэффициента линейного ослабления излучения веществом трубки, не создает значительных препятствий излучению, поэтому мощность поглощенной дозы за стенкой будет незначительно меньше мощности перед стенкой. Благодаря этому обстоятельству, при меньшем количестве радиоактивного вещества 5 на поверхности трубки 4 будет достигнута необходимая мощность поглощенной дозы и уменьшена анизотропность дозного поля.
В закрытом источнике ионизирующего излучения по второму варианту исполнения (фиг.2), трубка 4 изготовлена из материала проницаемого излучением и имеющего устойчивую связь со слоем связующего вещества 6 микронной толщины. Благодаря этому обстоятельству, достигается возможность нанесения необходимого радиоактивного вещества, не обладающего прочной связью с материалом трубки 4, на слой связующего вещества, образующего посредством адгезии устойчивую связь и с материалом трубки 4 и с радиоактивным веществом. Закрытый источник ионизирующего излучения по второму варианту исполнения (фиг.2), находясь в раковой опухоли, работает так же, как и закрытый источник ионизирующего излучения по первому варианту исполнения (фиг.1).
Закрытые источники ионизирующего излучения по первому и второму вариантам исполнения можно будет обнаружить в раковой опухоли и определить их пространственную ориентацию благодаря использованию рентгенографических маркеров 7, непроницаемых для рентгеновского излучения.
Радиоактивное вещество 5, нанесенное на маркеры 7 в закрытых источниках ионизирующего излучения по первому и второму вариантам исполнения, будет увеличивать интенсивность излучения из торцевых частей источников и тем самым уменьшать анизотропность их дозного поля. Благодаря этому, потребуется меньшее количество закрытых источников ионизирующего излучения для размещения в раковой опухоли.
На фиг.11 видно, что значения мощности поглощенной дозы (P1), создаваемой закрытым источником ионизирующего излучения по второму варианту исполнения (фиг.2), равны или больше соответствующих значений мощности поглощенной дозы (Р2), создаваемой источником-прототипом.
Отношение максимального значения мощности поглощенной дозы к минимальному значению для закрытого источника ионизирующего излучения по второму варианту исполнения (фиг.2) и для источника-прототипа равны соответственно 2,9 и 3,3. То есть анизотропность дозного поля закрытого источника ионизирующего излучения по второму варианту исполнения (фиг.2) меньше анизотропности дозного поля источника-прототипа.
На фиг.12 видно, что отношения значений мощности поглощенной дозы в облучаемой ткани, выделяемой источником по второму варианту исполнения (фиг.2), к соответствующим значениям мощности поглощенной дозы, выделяемой источником-прототипом, (Р1/Р2) при изменении угла в диапазоне от 0 до 90 изменяются от 1 до 1,21. При одинаковой активности источников, мощность поглощенной дозы, выделяемая в облучаемой ткани излучением закрытого источника по второму варианту исполнения (фиг.2), больше мощности поглощенной дозы, выделяемой излучением источника-прототипа. То есть необходимая мощность поглощенной дозы в облучаемой ткани может быть достигнута при меньшей активности в закрытом источнике по второму варианту исполнения (фиг.2).
Достигнут технический результат изобретения, состоящий в уменьшении количества радиоактивного вещества в закрытом источнике ионизирующего излучения при сохранении выделяемой источником необходимой мощности поглощенной дозы в облучаемой ткани и уменьшении анизотропности его дозного поля.
Формула изобретения
1. Закрытый источник ионизирующего излучения, содержащий радиоактивную вставку с радиоактивным веществом на ней, размещенную в герметичной капсуле, отличающийся тем, что радиоактивная вставка выполнена в виде трубки, на поверхность которой нанесено радиоактивное вещество, а толщина стенки трубки не превышает значения обратной величины взвешенного по спектру излучения среднего коэффициента линейного ослабления излучения веществом трубки.
2. Закрытый источник по п.1, отличающийся тем, что внутрь радиоактивной вставки помещен по меньшей мере один рентгенографический маркер.
3. Закрытый источник по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере в одну торцевую часть герметичной капсулы между ее торцевой стенкой и торцевой частью радиоактивной вставки помещен по меньшей мере один рентгенографический маркер.
4. Закрытый источник по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что на поверхность по меньшей мере одного рентгенографического маркера нанесено радиоактивное вещество.
5. Закрытый источник ионизирующего излучения, содержащий радиоактивную вставку с радиоактивным веществом на ней, размещенную в герметичной капсуле, отличающийся тем, что радиоактивная вставка выполнена в виде трубки, на поверхность которой нанесен слой связующего вещества, на поверхность связующего вещества нанесено радиоактивное вещество, а толщина стенки трубки не превышает значения обратной величины взвешенного по спектру излучения коэффициента линейного ослабления излучения веществом трубки.
6. Закрытый источник по п.5, отличающийся тем, что внутрь радиоактивной вставки помещен по меньшей мере один рентгенографический маркер.
7. Закрытый источник по п.5, отличающийся тем, что по меньшей мере в одну торцевую часть герметичной капсулы между ее торцевой стенкой и торцевой частью радиоактивной вставки помещен по меньшей мере один рентгенографический маркер.
8. Закрытый источник по любому из пп.6 и 7, отличающийся тем, что на поверхность по меньшей мере одного рентгенографического маркера нанесено радиоактивное вещество.
РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12
