ПЕРЕДВИЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ И ЛЕЧЕБНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ Российский патент 1999 года по МПК A61N5/01 H05H9/00 H01J37/30 

Изобретение относится к области терапии, а именно области устройств, применяемых в радиационной терапии, и может быть использовано в существующих операционных без конструктивных изменений или с минимальными переделками.

Достаточно известно применение облучения во время операции для лечения онкологических заболеваний посредством подачи непосредственно в основание опухоли через операционное поле. Первоначально для этой цели использовали рентгеновское излучение. В последнее время для указанного применения используют пучки электронов высоких энергий, что позволяет получать более равномерно распределенную по основанию опухоли дозу облучения, характеризуемую к тому же резким спадом интенсивности облучения за пределами облучаемого объекта. Последнее обстоятельство позволяет свести до минимума возможность радиационного облучения не пораженных раковыми клетками тканей организма.

При стандартной электронно-лучевой операционной терапии (ЭЛОТ) хирург удаляет основную часть раковой опухоли у пациента, оставляя минимум пораженной ткани. Ассистирующий онколог подбирает энергии электронного облучения и размер поля облучения, необходимые для обработки намеченного объема. Затем в зону опухоли выдают разовую противораковую дозу облучения, при этом окружающие здоровые ткани получают минимальную дозу облучения. ЭЛОТ оказалась особенно полезной при лечении костных сарком, сарком мягких тканей, бронхогенных, гинекологических сарком, сарком в области ободочной и прямой кишки, при раке поджелудочной железы и желудка.

Основным недостатком известных устройств для ЭЛОТ является их габариты и вес. В настоящее время клинические учреждения могут получать оборудование для ЭЛОТ, имеющие портальный линейный ускоритель весом 5 - 10 тонн с энергией от 5 до 20 МэВ, требующие наличие специальной операционной с большим объемом радиационной защиты и перекрытием, рассчитанным на большую нагрузку. Вес самого ускорителя и необходимость в специальной защите и несущих конструкций помещения для ЭЛОТ практически предполагают применение любого устройства ЭЛОТ только в специально подготовленных операционных, оборудованных стационарным линейным ускорителем. Это требует капитальной перепланировки операционных. Следует также отметить, что с медицинской точки зрения использование отдельной операционной, оборудованной вышеуказанным образом, затрудняет лечение пациента, поскольку возникает необходимость доставки пациента во время хирургической операции из операционного помещения в помещение радиологического отделения. Это усложняет график работы и затрудняет решение вопросов анестезии и стерилизации.

Известно, в частности, аналогичное устройство (US, патент 4638814 А 61 N 5/00, 1987), содержащее корпус, в котором расположены линейный ускоритель с входящим в него источником электронного луча, и средство для отклонения электронного луча на определенную область пациента, содержащее апликатор и механизм для ориентирования корпуса устройства, причем источник выделяет луч по прямолинейной траектории, проходящей ускоритель. Недостатки указанного устройства указаны выше.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке передвижного устройства ЭЛОТ, имеющего небольшой вес и не требующего перестройки операционных.

Разработанное устройство представляет собой передвижное устройство, содержащее корпус, в котором расположены линейный ускоритель с входящим в него источником электронного луча, и средство для отклонения электронного луча на определенную область пациента, содержащее аппликатор и механизм для ориентирования корпуса, при этом источник выделяет луч по прямолинейной траектории, проходящей через ускоритель, причем устройство дополнительно содержит средство для обеспечения перемещения корпуса из одного помещения в другое, источник электронного луча и указанный линейный ускоритель расположены относительно друг друга таким образом, что генерированный электронный луч выходит из линейного ускорителя колинеарно с направлением траектории электронов в ускорителе. В качестве ускорителя может быть использован ускоритель Х - диапазона. В этом случае источник электронного луча может быть дополнительно снабжен источником микроволновой энергии, размещенном на корпусе. При этом источник может дополнительно содержать импульсный трансформатор, размещенный в корпусе. Кроме того, в качестве источника электронного луча может быть использован ускоритель S - диапазона. Механизм для ориентирования корпуса может содержать устройство для вращения корпуса относительно одной оси, а также, предпочтительно, двух осей. В этом случае, механизм может содержать С - образный кронштейн, а также приспособление для вертикального перемещения корпуса относительно пациента. На С - образном кронштейне может быть дополнительно установлен защитный барьер. Средство для перемещения может быть выполнено в виде колесной опоры. Устройство может также дополнительно содержать источник питания и средство для соединения источника питания с источником электронного луча, причем средство для соединения может быть выполнено в виде первого соединителя, расположенного в первом помещении, и второго соединителя, расположенного во втором помещении.

Изобретение также включает разработку лечебного корпуса для электронно-лучевой терапии, содержащего множество помещений, предназначенных для лечения пациентов, устройство для электронно-лучевой терапии, средство для перемещения устройства и расположенные в каждом помещении средства для присоединения источника электронного пучка устройства к инженерным коммуникациям, причем в нем использовано передвижное устройство, охарактеризованное выше.

Краткое описание прилагаемых чертежей
Фиг. 1 представляет схематическое изображение предпочтительного варианта выполнения электронно-лучевого источника.

Фиг. 2 (а) представляет вид спереди излучающей головки, установленной в подвижной опоре.

Фиг. 2 (b) - вид сбоку излучающей головки, установленной в подвижной опоре по фиг. 2 (а).

Фиг. 3 - вид сверху, иллюстрирующий планировку лечебного комплекса для применения настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительного варианта выполнения
При применении устройства ЭЛОТ в операционных условиях следует рассматривать ряд взаимосвязанных конструктивных элементов. Эти конструктивные элементы включают: (1) обеспечение достаточной электронно-лучевой энергии для удовлетворения требования по прониканию и дозировке; (2) сведение к минимуму габаритов и веса излучающей головки; (3) обеспечение средств для установки и перемещения механического основания излучающей головки; и (4) обеспечение достаточной защиты от первичного рентгеновского излучения, генерируемого устройством, и от рассеянного излучения. Предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения удовлетворяет этим требованиям частично с помощью применения микроволнового ускорителя Х-диапазона в качестве источника электронного пучка вместо обычного ускорителя S-диапазона. Несмотря на применение ускорителя Х-диапазона в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, само собой разумеется, что изобретение может использоваться с ускорителем S-диапазона, обычно применяемым в медицинском лечебном оборудовании. Недостатком будет увеличение веса оборудования, создающее некоторые неудобства для пользователей. В то же время такое устройство также можно принимать в больничных условиях. Таким образом, предпочтительно использовать ускоритель Х-диапазона, а его излучающую головку установить на механическом основании, служащем для точной установки головки в требуемом положении с минимальной опасностью для пациента и минимальными требованиями к регулировкам.

Устройство также имеет защитный барьер, предназначенный для перехвата первичных фотонов, исходящих либо от излучающей головки, либо от пациента. Защитный барьер подбирается под размер поля первичного пучка. В соответствии с необходимой безопасностью хирургической бригады предусматривается дополнительная экранировка помещения, однако, как правило, она не столь значительная (не более необходимой при прижигании).

Предлагаемое устройство ЭЛОТ можно использовать стационарно в специально отведенном помещении. В то же время, один модулятор можно использовать в различных помещениях, при этом излучающая головка, ее механическое основание и органы управления могут при необходимости перемещаться в различные помещения. Это будет подробно описано со ссылкой на фиг. 3.

Предпочтительным источником электронного пучка для предлагаемого устройства ЭЛОТ является линейный ускоритель Х-диапазона, работающий с пиковой энергией излучения 13 МэВ с настройками 6 МэВ и 9 МэВ. Как показано на фиг. 1, электронно- лучевой источник содержит излучающую головку 10, имеющую электронную пушку 12, предварительный группирователь 14 и ряд стоячеволновых резонаторов 16, расположенных по оси корпуса 18. Электронная пушка 12 предпочтительно модели Litton М707 (США). Инжекторный катод электронной пушки 12 работает под напряжением 40 кВ и имеет поверхность испускания небольшого диаметра. При такой конструкции обеспечивается малый эмитанс и хорошая эффективность захвата при небольшом разбросе по энергетическим уровням. Инжектор также имеет неперехватывающую сетку для обеспечения точного управления током инжекции. Управление током инжекции обеспечивает: (1) контроль выходного сигнала пучка и (2) применение цепи обратной связи для регулирования и настройки тока инжекции с целью стабилизации дозы облучения.

Размеры стоячеволновых резонаторов 16 изменяются для обеспечения группировки пучка и снижения разброса по энергетическим уровням. Электромагнитная или фокусирующая обмотка 20, установленная на ускорителе, обеспечивает удержание пучка и оптимизацию работы путем повышения эффективности передачи. Титановое окно 44 на выходе пучка обеспечивает вакуум в ускорителе. Окно 44 можно также выполнить из бериллия. Тонкая рассеивающая пленка 46 на выходе пучка обеспечивает угловую расходимость электронов. В предпочтительном варианте выполнения электроны расходятся в поле облучения 20 х 20 см при максимальном отклонении мощности дозы 10%. Съемный аппликтор в виде конуса или тубуса 19 установлен за рассеивающей пленкой 46 в зоне выхода пучка для ограничения размера поля облучения. В зависимости от требуемого облучения можно использовать различные тубусы.

Микроволновая энергия, необходимая для возбуждения ускорителя, вырабатывается магнетроном 30, например, модели VMX 1100 фирмы California Tube Laboratory (США). В предпочтительном варианте выполнения магнетрон 30 способен работать с пиковой мощностью 1,5 МВт при средней мощности 1,5 кВт, т. е. с коэффициентом нагрузки 0,001. Длительность импульса такого магнетрона составляет 4 мкс, а частота повторения импульсов может составлять 50-250 с^-1.

В предпочтительном варианте выполнения устройство имеет обычные модулятор и блок питания (не показаны) на основе водородного тиратронного коммутатора для получения пиковой мощности 3 МВт для магнетрона, передаваемой по соответствующему кабелю с кабельным соединителем. Мощность для магнетрона 30 преобразуется по напряжению с 8-9 кВ до 35 кВ импульсным трансформатором 32, также размещенным в корпусе 18. Мощность микроволнового диапазона от магнетрона передается на предварительный группирователь 14 через делитель мощности 36 и фазовращатель 38. Основная мощность подается на стоячеволновые резонаторы 16 через четырехплечевой циркулятор 34. Мощность, не потребляемая ускорителем, отражается и шунтируется водоохлаждаемой балластной нагрузкой 39. Балластная нагрузка рассчитана на поглощение всей мощности, вырабатываемой магнетроном, при отказе основной нагрузки. Система регулирования (снижения добротности) обеспечивает поддержание постоянного уровня импульсов.

Резонансные частоты магнетрона и ускорителя согласованы для оптимизации работы устройства. Это обеспечивается применением настраиваемого магнетрона с согласующим устройством, имеющим привод от шагового двигателя 40. Шаговый двигатель управляется системой автоматического регулирования частоты 42, которая определяет сдвиг фазы между прямой и отраженной мощностью на ускорителе, образуя систему слежения с целью поддержания оптимального режима независимо от колебаний температуры и нагрузки.

Передающая камера 48 на выходе пучка контролирует мощность дозы и накопленную дозу. Камера выполнена из пластмассовых деталей (предпочтительно из Каптона), покрытых тонким слоем металлизации для сведения к минимуму тормозного рентгеновского излучения.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения корпус 10 излучающей головки установлен на механической опоре в виде С- образного кронштейна 50. Как показано на фиг. 2 (а) и 2 (б), С- образный кронштейн может поворачивать электронно-лучевой источник по ряду кривых. В предпочтительном варианте выполнения корпус 10 головки может поворачиваться на угол ±30^o относительно осей X и Y и может перемещаться по вертикали на 25 см. Перемещение излучающей головки управляется координатной рукояткой (не показана) с помощью пропорционального регулятора скорости.

С-образный кронштейн 50 имеет лучевой барьер 52,. установленный с противоположной от корпуса 10 излучающей головки стороны, для перехвата первичного рентгеновского излучения от рассеивающей пленки и коллиматора. Защитный барьер 52 может быть выполнен из свинца, вольфрама или подобного экранирующего материала. Необходимый размер защитного барьера зависит от максимального размера поля электронного пучка. В предпочтительном варианте выполнения размер поля электронного пучка составляет 15 х 15 см. При этом рекомендуемый размер свинцового защитного барьера составляет примерно 40 х 40 см при толщине примерно 20 см.

Для облегчения перемещения в различные операционные С- образный кронштейн 50 имеет ряд колес 54. Для обеспечения устойчивости С-образного кронштейна 50 на месте его установки можно опустить ряд опорных стоек 56, или же колеса 54 можно снабдить тормозным устройством.

Предлагаемое устройство ЭЛОТ требует минимальной дополнительной радиационной защиты существующих хирургических помещений. Например, стена с окном из свинцового стекла может отделять бригаду хирургов от пациента во время работы устройства ЭЛОТ для защиты медицинского персонала от любого паразитного излучения. Стеклянное окно позволяет визуально контролировать состояние пациента в дополнение к электронному видеомонитору.

Специалисты в данной области могут вносить изменения в предпочтительный вариант осуществления. Так, излучающая головка может быть установлена на потолке без применения описанного выше С-образного кронштейна. Излучающую головку можно перемещать из одного помещения в другое по направляющим, проложенным по потолкам помещений, либо каждая излучающая головка может стационарно использоваться в каждом помещении.

Как показано на фиг. 3, имеются две операционных 71 и 72 с операционными столами соответственно 73 и 74 в каждой операционной. Модулятор и блок питания 75 и водяная система охлаждения 76 размещены в стенах здания и операционных и соединены с интерфейсами 77 и 78. Как показано на фиг. 3, предлагаемое устройство 80 для операционного применения размещено в операционной 71, соединенной с интерфейсом 77. Пунктиром показано размещение устройства 60 для операционного применения в операционной 72, соединенной с интерфейсом 78. При этом видно, как будет выглядеть установка при перемещении в операционную 72 для использования при проведении операции.

Электронно-лучевые источники можно модифицировать с применением известной технологии, например, используя свинцовые маски для формирования распределения электронного пучка. Кроме того, электронная энергия ускорителя может регулироваться в режиме работы на одном уровне мощности с применением бериллиевых таблеток для снижения электронно-лучевой энергии до требуемого уровня.

Хотя данное изобретение особенно полезно для облучения пациентов во время операции, оно также может использоваться при традиционной наружной радиационной терапии, например при лечении саркомы Капози. Специалисты в данной области техники могут вносить прочие изменения в предлагаемое устройство и его предполагаемое применение.

Изобретение относится к операционной радиационной терапии и, в частности, к передвижному устройству для операционной электронно-лучевой терапии. Технический результат - улучшение массогабаритных показателей. Устройство электронно-лучевой терапии имеет линейный ускоритель, источник микроволновой энергии и электронные схемы, размещенные в корпусе. Корпус установлен на механизме регулируемой установки, например на С-образном кронштейне для направления электронного пучка в определенную область пациента. Весь корпус вместе с механизмом (50) передвижной и может доставляться в различные помещения (71, 72). Соединители предусмотрены в различных помещениях лечебного комплекса для присоединения источника к источнику питания лечебного комплекса. 2 с. и 13 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Передвижное устройство для электронно-лучевой терапии, содержащее корпус, в котором расположены линейный ускоритель с входящим в него источником электронного пучка, и средство для отклонения электронного пучка на определенную область пациента, содержащее аппликатор и механизм для ориентирования корпуса устройства, причем источник выделяет пучок по прямолинейной траектории, проходящей через ускоритель, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит средство для обеспечения перемещения корпуса из одного помещения в другое, источник электронного пучка и указанный линейный ускоритель расположены относительно друг друга таким образом, что генерированный электронный пучок выходит из линейного ускорителя колинеарно с направлением траектории электронов в ускорителе. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный источник электронного пучка указанного линейного ускорителя представляет собой ускоритель Х-диапазона. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что источник электронного пучка дополнительно снабжен источником микроволновой энергии, размещенным в корпусе. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что источник электронного пучка снабжен импульсным трансформатором, размещенным в корпусе. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм для ориентирования корпуса снабжен устройством для вращения корпуса относительно одной оси. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что механизм для ориентирования корпуса дополнительно содержит устройство для вращения корпуса относительно второй оси. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что механизм для ориентирования корпуса дополнительно содержит приспособление для вертикального перемещения корпуса относительно пациента. 8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что механизм для ориентирования корпуса дополнительно содержит С-образный кронштейн. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено защитным барьером, размещенным на С-образном кронштейне. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для перемещения выполнено в виде колесной опоры. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит источник питания и средства для соединения источника питания с источником электронного пучка. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что средства для соединения выполнены в виде первого соединителя, расположенного в первом помещении, и второго соединителя, расположенного во втором помещении. 13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный источник электронного пучка представляет собой линейный ускоритель S-диапазона. 14. Лечебный комплекс для электронно-лучевой терапии, содержащей множество помещений, предназначенных для лечения пациентов, передвижное устройство для электронно-лучевой терапии, средство для перемещения передвижного устройства и расположенные в каждом помещении средства для присоединения источника электронного пучка передвижного устройства к инженерным коммуникациям, отличающийся тем, что в нем использовано передвижное устройство для электронно-лучевой терапии, охарактеризованное в п.1. 15. Комплекс по п.14, отличающийся тем, что устройство электронно-лучевой терапии содержит корпус, в котором размещен источник электронного пучка, при этом в каждом помещении средство для присоединения источника к коммуникациям содержит систему охлаждения.