Соединение троса с радиоактивной капсулой-источником, используемой в брахитерапии

Изобретение относится к медицине и используется при лечении рака брахитерапией. К направляющему тросу присоединяют капсулу для размещения в ней радиоактивного источника, имеющую обжимной участок, включающий гладкостенную цилиндрическую полость, выполненную с возможностью приема конца троса. Трос имеет цельный цилиндрический конец, для присоединения используют круговые канавки, выполненные при помощи микромашинной обработки, на цельном конце троса. Капсула обжата на обжимном участке поверх круговых канавок с деформацией стенки цилиндрической полости вокруг канавок для образования с ними соединения, имеющего высокую прочность на растяжение. Изобретение позволяет исключить сварку, обычно необходимую при других вариантах соединения с тросом. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ.

Изобретение относится к радиоактивным источникам, применяемым в брахитерапии и, в особенности к изготовлению капсул малого диаметра, содержащих радиоактивный источник и конструктивно прочно соединенных с направляющим тросом.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Брахитерапией называется тот способ лечения рака, при котором источники радиоактивного излучения размещают в теле непосредственно в опухолевой области. При обычной брахитерапии капсулу, содержащую радиоактивный источник располагают с возможностью удаления в опухолевой области. При этом обычно используют источники фотонов или гамма-излучения, как, например, при высокоинтенсивной гамма-терапии с применением малогабаритных радиоактивных источников на основе Иридия-192.

Для проведения брахитерапии к капсуле, содержащей радиоактивный источник, наглухо прикрепляют тонкий прочный направляющий трос, который служит для ее надежного перемещения из места хранения в опухолевую область и обратно.

В обычной врачебной практике в тело пациента вводят катетер, такой как полая пластиковая трубка. Затем для дистанционного извлечения радиоактивной капсулы из места хранения и перемещения ее по катетеру к опухолевой области используют управляемую компьютером систему механизмов, называемую системой последовательного введения радиоактивных препаратов. Использование такой методики позволяет уменьшить риск радиологического облучения медперсонала, источником которого является высокорадиоактивная капсула, в данном случае миниатюрный источник нейтронного излучения на основе Калифорния-252.

В США в продаже находится по меньшей мере три типа систем дистанционного последовательного введения источников гамма-излучения на основе Иридия-192. В России, Китае и Чехии используют системы дистанционного последовательного введения, использующие Калифорний-252. В Соединенных Штатах в настоящее время таких систем нет. Более 6000 пациентов во всем мире было подвергнуто нейтронной брахитерапии с использованием Калифорния-252, при этом при некоторых видах опухолей коэффициент выживаемости пациентов превышает результаты, полученные обычным лечением. Положительная лечебная динамика обусловлена радиобиологическим свойством нейтронов убивать живые клетки.

Для дистанционно перемещаемых радиоактивных источников весьма важно соединение капсулы источника с направляющим тросом, которое должно быть надежным, прочным и иметь небольшие размеры. Очевидно, что в брахитерапии именно целостность соединения наиболее существенна для обеспечения безопасного использования перемещаемого источника. Слабое или дефектное соединение может послужить причиной отделения источника от троса, потенциально опасной ситуации для пациента и медперсонала. Усилие, необходимое для снятия капсулы источника с троса, называется прочностью на отрыв. В прошлом считалось достаточным, если оно несколько превосходит два фунта (1 кгс). Однако в настоящий момент приходит понимание того, что для обеспечения безопасности и надежности его величина должна быть выше.

Обычно создание более прочного соединения тросом приводит к увеличению диаметра соединения капсула-трос и чаще всего также к увеличению общей длины его негибкого участка. Поэтому при упрочнении соединения троса, как правило, пытаются найти компромисс между этими двумя очень важными аспектами производства системы капсула-трос, а именно: стремятся уменьшить диаметр соединения капсула-трос и минимизировать общую длину его негибкого участка. Ниже приведены некоторые примеры существующих технических решений.

Патент США №4861520 от 29 августа 1989 г. «Капсула для радиоактивного источника» (Van't Hooft E.) описывает капсулу, подвергнутую механической обработке, один конец которой открыт, а к другому прикреплен трос. После введения малогабаритного радиоактивного источника к открытому концу капсулы лазером приваривают удлиненную пробку или для герметизации капсулы используют электронный луч. Эта конструкция позволяет уменьшить общую длину капсулы и сварных швов, а также минимизировать общую длину негибкого участка. Такая технология обеспечивает значительное преимущество при перемещении по телу вдоль искривленных траекторий капсулы-источника к области лечения.

Патент США №6353500 от 5 марта 2002 г. «Устройство для нейтронной брахитерапии и способ его использования» (Halpem D.) описывает миниатюрный нейтронный источник Калифорния-252. В этом более современном изобретении используется источник Калифорния-252 и трос с цельным концом. При этом используются различные приемы соединения капсулы с тросом, включая сварку, винтовую резьбу без сварки и обычный обжим.

Настоящим изобретением предложено усовершенствованное обжимное соединение капсулы с тросом. Под обжимом мы понимаем ввод конца направляющего троса в приемную полость в теле капсулы с последующим приложением внешнего давления описанным способом к той части капсулы, которая окружает конец троса. Приложенное давление деформирует материал капсулы, запрессовывая его поверх конца троса. В результате этого деформирующийся материал капсулы оказывается запрессован в круговые канавки, выполненные точной микрообработкой на конце троса. Полученное при этом межповерхностное сопряжение надежно предотвращает отделение троса от капсулы. Такое обжатие конца троса капсулой без использования сварки обеспечивает чрезвычайно прочную связь капсулы с тросом. Дополнительными преимуществами нашей конструкции являются значительное уменьшение длины негибкого связующего участка капсула-трос, а также возможность использования капсулы и троса меньших диаметров. Такое обжимное присоединение троса особенно хорошо подходит для использования с капсулами по вышеуказанному патенту США №6353500.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первой задачей изобретения является соединение капсулы с тросом без сварки благодаря чему окружающая металлическая структура не нагревается, а конечный продукт не изменяет свои размеры.

Еще одной задачей изобретения является выполнение кабеля со сплошным концом, в котором микромашинной обработкой выполнены круговые заостренные канавки для обеспечения максимальной прочности обжимного участка капсула-трос.

Еще одной задачей изобретения является создание соединения капсула-трос, имеющего большую прочность, чем сам трос.

Еще одной задачей изобретения является создание соединения капсула-трос, имеющего минимальный диаметр.

Еще одной задачей изобретения является создание соединения капсула-трос, в котором длина негибкого связующего участка капсула-трос уменьшена.

В предпочтительном варианте конструкции устройство для брахитерапии содержит направляющий трос со сплошным цилиндрическим концом, имеющим круговые канавки, выполненные на его цилиндрической поверхности. Предложенное устройство также содержит капсулу для радиоактивного источника. Капсула имеет обжимной участок, включающий гладкостенную цилиндрическую полость для приема цилиндрического конца направляющего троса. Капсулу подвергают обжатию на обжимном участке, так что цилиндрическая полость деформируется вокруг круговых канавок конца троса, образуя с ними соединение, имеющее высокую прочность на растяжение.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 иллюстрирует поперечный разрез соединения капсула-трос в соответствии с изобретением.

Фиг.2 иллюстрирует соединение, изображенное на фиг.1, после окончания обжима.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

В ранней реализации изобретения нерадиоактивная капсула изготовлена с цилиндрической полостью в одном ее конце. При этом в качестве направляющего троса использован авиационный трос, который содержит свитые проволочные жилы и конец которого оплавлен и обработан с образованием цельного металлического цилиндра. Обработанный таким образом конец троса полностью введен в полость и обжат с использованием ручных обжимных щипцов. Измерение прочности на отрыв показало, что использование обжимных щипцов не обеспечивает желаемой прочности обжима. Также важно, что такими щипцами нельзя равномерно обжать капсулу с обеспечением правильного кругового сечения, которое необходимо для последующего ввода радиоактивного источника в другой конец капсулы.

На фиг.1 и 2 показана предпочтительная реализация изобретения. На фиг.1 в одном конце нерадиоактивной капсулы-источника 15 выполнена цилиндрическая полость 16, служащая для приема направляющего троса 17, который представляет собой авиационный трос, который содержит свитые проволочные жилы и конец которого оплавлен и обработан с образованием короткого цельного металлического цилиндра 18.

Перед обжимом в конце 18 методом микромашинной обработки выполняют кольцевые канавки 19, имеющие точно выполненные глубину и интервал. Канавки 19 выполнены по отдельности, представляют собой кольца и не образуют винтовую резьбу. Их выполняют с использованием углового режущего инструмента. Канавки 19 выполнены так, что каждая из них примыкает к ближайшей соседней, т.е. расположена рядом с ней и находится с ней в контакте. Профиль сечения полученных таким способом канавок похож на результат вырезания фестонными ножницами (фиг.1). Конец капсулы со стороны троса (обжимной участок, представленный на фиг.1) запрессовывают поверх канавок 19, нарезанных на конце 18 троса, выполняя последовательно фазы обжима. Результат обжима показан на фиг.2, из которой видно, что капсула 15 и трос 17 имеют одинаковый внешний диаметр правильной формы.

В предпочтительной реализации изобретения вместо ручных обжимных щипцов был использован пневматический цанговый зажим. Для давления на обжимной участок капсулы использовали пневматические цанговые зажимные губки в количестве трех штук. Цанговый зажим может быть применен в горячей камере, в которой все операции с радиоактивным источником, включая соединение капсулы с тросом согласно этому изобретению должны быть осуществлены дистанционно.

Описанная ниже последовательность запрессовки капсулы-источника поверх канавок на конце направляющего троса оказалась оптимальной. После введения конца 18 троса в полость 16 обжимную область капсулы 15 сжали под давлением 30 фунтов/кв. дюйм (2,1 кг/см²) и, не ослабляя сжатия, увеличили давление до 60 фунтов/кв. дюйм (4,22 кг/см²). Затем подачу давления прекратили, капсулу-источник повернули примерно на четверть оборота, снова вставили в цанговый зажим и начали воздействовать на нее давлением 30-60 фунтов/кв. дюйм. При осуществлении этих поворотов цанговый зажим приводили в действие четыре раза. Последовательность из четырех циклов обжатия на один поворот троса повторили при давлении 50-80 фунтов/кв. дюйм (3,5-5,6 кг/см²). В заключении провели еще четыре цикла обжатия с фиксированным давлением 80 фунтов/кв. дюйм (5,6 кг/см²). В результате получили равномерное по окружности соединение капсулы с тросом.

Существенно, что описанный выше усовершенствованный процесс обжимного соединения последовательностью циклов обжатия предполагает равномерное приложение к капсуле пневматического давления, что позволяет получить высокопрочное обжимное соединение. Кроме обжима капсулы 15 вокруг конца 18, эта технологическая последовательность позволяет получить правильное круговое сечение цилиндрической капсулы, чего невозможно достичь при использовании ручных обжимных щипцов с четырехточечным зажимом.

ПРИМЕР СОЕДИНЕНИЯ ТРОСА.

Изготовили капсулу-источник для брахитерапии наподобие представленной на фиг.1, и имеющую полость 20 для приема радиоактивного источника и полость 16 для приема конца 18 троса. На обжимном участке капсулу выполнили с наружным диаметром 0,043 дюйма (1,092 мм), на прочих участках капсулу выполнили с наружным диаметром 0,042 дюйма (1,067 мм). Наружный диаметр троса как на проволочном участке 17, так и на цельном конце 18 составил 0,042 дюйма. На конце 18 троса нарезали канавки 19. При этом обнаружили, что канавки 19, выполненные под углом 110°, имеют подходящее заострение при глубине 0,0015 дюйма (0,0381 мм). Последовательным обжимом уменьшили диаметр обжимного участка до величины 0,042 дюйма, чтобы диаметр капсулы 15 соответствовал диаметру троса 17.

Предлагаемое соединение было разработано для радиоактивных источников, содержащих Калифорний-252, но его можно использовать для источников, содержащих другие радиоактивные материалы. Предлагаемое соединение было осуществлено для капсул из платиноиридиевого сплава и нержавеющей стали. Для изготовления капсул можно использовать другие материалы. Предлагаемое соединение было также использовано для капсул, имеющих два различных диаметра.

Установлено, что обжимное соединение, полученное описанным здесь способом, прочнее самого троса. Другими словами, при испытаниях на растяжение, где трос и капсулу растягивают до разрушения, происходит деформирование троса. При отсутствии полного разрушения в результате теста само обжимное соединение ослабевало. Во всех случаях прочность на разрыв превысила 50 фунтов (22,7 кгс).

Хотя здесь показаны и описаны реализации изобретения, считающиеся в настоящее время предпочтительными, для специалистов очевидно, что в него можно внести различные изменения и усовершенствования в пределах его объема, ограниченного прилагаемой формулой.

1. Устройство для брахитерапии, содержащее направляющий трос, имеющий цельный цилиндрический конец, в цилиндрической поверхности которого выполнены круговые каналы, и капсулу, служащую для размещения в ней радиоактивного источника, имеющую обжимной участок, который включает гладкостенную цилиндрическую полость, выполненную с возможностью приема указанного цельного цилиндрического конца направляющего троса, и обжатую на обжимном участке поверх указанных круговых канавок с деформацией стенки указанной цилиндрической полости вокруг указанных круговых канавок для образования с ними соединения, имеющего высокую прочность на растяжение.

2. Устройство по п.1, в котором наружный диаметр капсулы составляет примерно 0,042 дюйма (1,067 мм).

3. Устройство по п.2, в котором диаметр указанного обжимного участка перед обжимом составляет примерно 0,043 дюйма (1,092 мм).

4. Устройство по п.2, в котором круговые каналы выполнены под углом примерно 110°.

5. Устройство по п.2, в котором круговые канавки имеют глубину примерно 0,0015 дюйма (0,038 мм).

6. Устройство по п.1, в котором капсула выполнена из платиноиридиевого сплава.

7. Устройство по п.1, в котором капсула выполнена из нержавеющей стали.