ХИРУРГИЧЕСКИ ПОЗИЦИОНИРОВАННАЯ АКТИВИРУЕМАЯ ПОТОКОМ НЕЙТРОНОВ СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ЗАРЯЖЕННЫХ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ Российский патент 2023 года по МПК A61N5/10 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[0001] Данная заявка является традиционной заявкой и заявляет приоритет по предварительной заявке на патент США No. 62/545,522, поданной 15 августа 2017 г.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область изобретения

[0002] Данное изобретение, в общем, касается лечения рака, более конкретно, терапии локализованных клеток карциномы.

2. Предшествующий уровень техники

[0003] Лечение высоко локализованных клеток карциномы, таких как опухоли, в теле человека с использованием ионизирующего излучения доказало свою высокую эффективность. Однако при применении ионизирующего излучения к телу используемое излучение обычно проходит через здоровую ткань, пока оно достигнет заданного целевого участка. Это приводит к повреждению здоровой ткани. Данное обстоятельство ограничивает величину возможного разрушения, причиняемого опухоли за один раз, что вызывает необходимость проведения множества лечебных процедур, приводит к накоплению возможных неблагоприятных биологических последствий и увеличивает финансовые затраты на лечебные процедуры. Если восстановление поврежденных здоровых клеток не будет на одном уровне со скоростью роста опухоли и/или скоростью распространения метастазов, чтобы обеспечить возможность адекватной лечебной процедуры, страдающий заболеванием с большой вероятностью погибнет от последствий карциномы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Данное изобретение позволяет преодолеть отрицательные эффекты лучевой терапии рака путем создания способа терапии локализованных клеток карциномы в теле млекопитающего, который включает в себя этап терапевтического источника, который является практически нерадиоактивным, когда не подвергается воздействию источника нейтронов ниже заданной активности, однако становится источником излучения с высокой ионизирующей способностью, но с низкой проникающей способностью, когда подвергается воздействию нейтронного поля при заданной активности или выше нее, в теле вблизи клеток карциномы. Предпочтительно на этапе позиционирования на клетки карциномы хирургически имплантируется материал терапевтического источника. Терапевтический источник облучается извне тела нейтронным полем при заданной активности или выше нее в течение заданного периода времени, при этом этап облучения повторяется с заданными интервалами. Предпочтительно терапевтический источник излучения с высокой ионизирующей способностью, но с низкой проникающей способностью содержит B₄C, P-31 или другой материал, порождающий сравнительно высокоэнергетические альфа- или бета-частицы и при этом не порождающий гамма-излучение или порождающий низкоэнергетическое гамма-излучение. Терапевтический источник должен быть нерастворим в воде, нетоксичен для тела и иметь малые периоды полураспада. Если используется B₄C, желательно, чтобы B₄C был обогащен по содержанию B-10.

[0005] В одном предпочтительном варианте осуществления терапевтический источник излучения с высокой ионизирующей способностью, но с низкой проникающей способностью выполнен так, что он облучает практически только клетки карциномы. Для достижения этого на стороне терапевтического источника, не обращенной к клеткам карциномы, сформирован экранирующий излучение материал. Предпочтительно этап облучения терапевтического источника включает в себя этап использования электрического генератора нейтронов, такого как нейтристор, для облучения терапевтического источника. В одном таком варианте осуществления применяется множество электрических генераторов нейтронов, расположенных вокруг тела, для облучения терапевтического источника под разными углами.

[0006] В другом варианте осуществления способ включает в себя этап использования замедляющего нейтроны материала между электрическим генератором нейтронов и терапевтическим источником для регулировки энергии нейтронов с целью оптимизации излучения с высокой ионизирующей способностью, но с низкой проникающей способностью, создаваемого терапевтическим источником. Замедляющий нейтроны материал может представлять собой D₂O, C или другой материал, имеющий схожие замедляющие характеристики. Замедляющий нейтроны материал размещен вне тела между электрическим генератором нейтронов и телом.

[0007] В одном таком варианте осуществления терапевтический источник остается в теле между процедурами терапии локализованных клеток карциномы, при этом терапевтический источник удаляется из тела после окончания процедур. Терапевтический источник может содержать один или более очень тонких дисков или пластин толщиной порядка микрона, имеющих достаточную общую площадь поверхности, чтобы гарантировать, что весь объем локализованных клеток карциномы будет подвергнут воздействию излучения с высокой ионизирующей способностью, но с низкой проникающей способностью, когда один или более дисков или пластин расположены вокруг клеток карциномы и облучаются нейтронным полем.

[0008] В еще одном варианте осуществления способ включает в себя этап использования гамма-спектрометра для отслеживания интенсивности гамма-излучения, испускаемого в результате нейтронного облучения материала терапевтического источника, при этом скорость образования заряженных частиц может отслеживаться, когда происходит облучение нейтронами. Отслеживаемая интенсивность гамма-излучения и активность нейтронов нейтронного поля могут использоваться для определения дозы облучения, подведенной к телу. Способ также позволяет контролировать интенсивность нейтронного поля на основе отслеживаемой интенсивности гамма-излучения и дозы облучения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Изобретения можно будет лучше понять из нижеследующего описания предпочтительных вариантов осуществления в сочетании с сопроводительными чертежами, на которых:

[0010] Фигура 1 - схема устройства, которое может использоваться для практического применения способа по данному изобретению.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0011] Согласно данному изобретению для лечения высоко локализованных клеток карциномы используются один или более очень тонких (например, микронной толщины) дисков или пластин терапевтического источника, имеющих достаточную площадь поверхности, чтобы гарантировать, что весь объем локализованных клеток карциномы будет подвергнут воздействию излучения, испускаемого, когда один или более устройств имплантированы в тело пациента вблизи опухоли, предпочтительно смежно с ней. В контексте настоящего описания термин «пациент» подразумевает тело млекопитающее, например человека. Используемый материал терапевтического источника должен представлять собой материал, порождающий высокоэнергетические альфа- или бета-частицы высокой энергии и при этом не порождающий гамма-излучение или порождающий низкоэнергетическое гамма-излучение. Материал должен быть нерастворим в воде и нетоксичен. Продукты реакции под действием нейтронов, образуемые материалом, также должны быть нетоксичными для субъекта и иметь очень малые периоды полураспада. Использование B₄C для материала источника - пример материала, обладающего этими качествами, при этом ссылка на малые периоды полураспада, высокоэнергетические альфа- или бета-частицы и отсутствие гамма-излучения либо присутствие низкоэнергетического гамма-излучения относится к материалу, имеющему период полураспада столь же малый, как период полураспада B₄C, или меньше него, диапазоны энергии альфа- и бета-частиц столь же высокие, как у B₄C, или выше, а также не порождающему гамма-излучение или порождающему гамма-излучение низкой энергии, приблизительно равное гамма-излучению B₄C. В предпочтительном варианте осуществления этого материала используется B₄C, обогащенный по содержанию B-10. Использование соединения с высокой концентрацией P-31 - другой приемлемый выбор. Материал терапевтического источника, вводимый для облучения, может быть отформован с использованием множества коммерчески доступных технологий изготовления и предпочтительно имеет защитный экран по стороне материала источника, обращенной от карциномы, который практически прозрачен для нейтронов, но экранирует по меньшей мере часть высоко ионизированных частиц от здоровой ткани, окружающей карциному , и который может быть выполнен, например, из легкого металла наподобие алюминия.

[0012] Набор малогабаритных генераторов быстрых нейтронов с электрическим приводом, схожих по конфигурации с конструкцией «нейтристор», разработанной национальной лабораторией Сандия и описанной в документе «Snowmass 2013 White Paper» под заголовком «Novel Compact Accelerator Based Neuron and Gamma Sources for Future Detector Calibration», G. Jennings, C. Sanzeni, D.R. Winn, Фэрфилдский университет, Фэрфилд CT 06824, может использоваться для облучения материала терапевтического источника нейтронным полем, когда материал источника имплантирован в тело пациента. В идеале этот набор при необходимости выполнен с возможностью обеспечения интенсивности нейтронного потока в месте расположения источника, достаточной для максимального увеличения скорости реакции под действием нейтронов, не подвергая при этом другие части тела субъекта слишком большому воздействию нейтронов. В идеале набор геометрически выполнен с возможностью обеспечения падения нейтронов на карциному под разными углами, чтобы максимальное количество в достаточной степени термализованных нейтронов от каждого генератора в наборе могли достичь целевого расположения. Это достигается посредством сочетания геометрии набора источников нейтронов и варьирования толщины материала, используемого в качестве замедлителя нейтронов, помещенного между набором источников нейтронов и целевым объектом для облучения. Расчеты, необходимые для определения оптимальных условий, могут быть проведены специалистами в данной области техники с использованием множества различных коммерчески доступных разработок для вычисления переноса нейтронов, например программного комплекса MCNP, доступного от Лос-Аламосской национальной лаборатории.

[0013] На ФИГ. 1 показана схема, иллюстрирующая устройство для практического применения определенных способов по данному изобретению. Как показано на ФИГ. 1, терапевтический источник 10 имплантирован в тело пациента 12. Набор электрических генераторов 14 нейтронов выполнен с возможностью облучать нейтронным полем терапевтический источник 10, расположенный в теле пациента 12. Предусмотрен замедлитель 16 нейтронов, геометрически размещенный между каждым электрическим генератором 14 нейтронов и терапевтическим источником 10, представляющим собой целевой объект. Замедлитель 16 нейтронов содержит достаточное количество материала, такого как D₂O или C, и регулируется независимым образом для решения задачи обеспечения максимального количества нейтронов, обладающих оптимальной энергией для получения заряженных частиц в результате нейтронных реакций с целевым материалом терапевтического источника.

[0014] Предусмотрен гамма-спектрометр 18, измеряющий интенсивность гамма-излучения, испускаемого целевым изотопом, получаемым в результате реакции под действием нейтронов, так что можно отслеживать скорость порождения заряженных частиц, когда происходит облучение нейтронами. Это может осуществляться с помощью ряда коммерчески доступных устройств.

[0015] Вычислительная система 20 управления использует измеренную гамма-активность и статус активности генераторов нейтронов для определения дозы облучения, подведенной к пациенту, по отношению к целевой дозе. Система 20 управления обладает возможностью увеличения или уменьшения интенсивности потока нейтронов, создаваемого любым из генераторов нейтронов или всеми генераторами нейтронов в наборе, на основе результатов измерений интенсивности гамма-излучения и измеренной дозы.

[0016] Подход и система для терапии карциномы, представленные в настоящем описании, отличаются от других типов лучевой терапии тем, что они основаны на создании и имплантации нерадиоактивного целевого объекта в опухоль или вокруг нее, а не на введении химического соединения, создающего ограниченное количество накопления для лечения в требуемой области. Предоставляемая данной системой возможность проведения нейтронной активации изначально нерадиоактивных материалов в больничных условиях максимально увеличивает преимущества лечения рака с использованием заряженных частиц и сводит к минимуму нежелательные расходы, а также облучение пациента и медицинского персонала. Данный подход обеспечивает возможность очень точного и эффективного разрушения раковой опухоли. Кроме того, целевой источник может оставаться на своем месте, не увеличивая общую дозу облучения тела пациента, пока опухоль не будет полностью разрушена. Относительно легко можно проводить множество сеансов облучения. Использование электрического генератора нейтронов, например нейтристора, обеспечивает возможность проведения процедур в больничных условиях, а не в местах нахождения реактора или очень большого источника нейтронов. Это существенно уменьшает стоимость лечения (или существенно повышает рентабельность лечения) по сравнению существующими способами проведения лучевой терапии.

[0017] При том что подробно описаны конкретные варианты осуществления изобретения, специалистам в данной области техники понятно, что в эти детали могут быть внесены различные изменения и проведены замены в рамках идеи изобретения. Таким образом, раскрытые конкретные варианты осуществления носят лишь иллюстративный характер и не ограничивают объем изобретения, определяемый прилагаемой формулой изобретения и всеми эквивалентами.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к способам терапии локализованных клеток карциномы, предусматривающим точное позиционирование терапевтического источника сильноионизирующего, но слабопроникающего излучения, который по форме может быть выполнен так, чтобы облучать практически только объем расположения опухоли. Интенсивность и продолжительность облучения, создаваемого источником, может увеличиваться или уменьшаться путем управления потоком нейтронов, вырабатываемых набором генераторов нейтронов с электрическим управлением, расположенных вне тела, подвергаемого терапии. Энергия нейтронов, взаимодействующих с элементом-источником, может регулироваться для оптимизации скорости реакции образования ионизирующего излучения посредством применения замедляющего нейтроны материала между набором генераторов нейтронов и телом. Устройство-источник может оставаться на месте и повторно активироваться по необходимости, чтобы обеспечить облучение опухоли, не подвергая пациента дополнительному облучению между терапиями. Устройство-источник может извлекаться, после того как лечение завершено. 2 н. и 38 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ терапии локализованных клеток карциномы в теле млекопитающего (12), содержащий:

позиционирование терапевтического источника (10), который является практически нерадиоактивным, когда не подвергается воздействию источника нейтронов, однако становится источником излучения с высокой ионизирующей способностью, но с низкой проникающей способностью, когда подвергается воздействию нейтронного поля при активности или выше нее, в теле смежно с клетками карциномы, причем терапевтический источник хирургически имплантирован в тело в нерадиоактивном состоянии; и

облучение терапевтического источника (10) извне тела нейтронным полем при упомянутой активности или выше нее в течение периода времени, чтобы сгенерировать излучение с высокой ионизирующей способностью, но с низкой проникающей способностью;

причем:

терапевтический источник содержит B₄C, обогащенный по содержанию B-10;

терапевтический источник содержит экранирующий излучение материал, сформированный на его стороне, который экранирует по меньшей мере часть излучения с высокой ионизирующей способностью, но практически прозрачен для нейтронов; и

терапевтический источник имеет форму дисков или пластинок толщиной порядка микрона.

2. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.1, причем терапевтический источник (10) излучения с высокой ионизирующей способностью, но с низкой проникающей способностью выполнен так, что он облучает практически только клетки карциномы.

3. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.2, причем экранирующий излучение материал сформирован на стороне терапевтического источника (10), не обращенной к клеткам карциномы.

4. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.1, причем позиционирование терапевтического источника включает в себя хирургическую имплантацию терапевтического источника (10) на клетки карциномы.

5. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.1, причем облучение терапевтического источника (10) включает в себя использование электрического генератора (14) нейтронов для облучения терапевтического источника (10).

6. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.5, причем электрический генератор (14) нейтронов представляет собой нейтристор.

7. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.5, причем электрический генератор (14) нейтронов включает электрические генераторы нейтронов, расположенные вокруг тела, для облучения терапевтического источника (10) под разными углами.

8. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.5, включающий в себя использование замедляющего нейтроны материала (16) между электрическим генератором (14) нейтронов и терапевтическим источником (10) для регулировки энергии нейтронов с целью оптимизации излучения с высокой ионизирующей способностью, но с низкой проникающей способностью, создаваемого терапевтическим источником (10).

9. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.8, причем замедляющий нейтроны материал (16) содержит D₂O.

10. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.8, причем использование замедляющего нейтроны материала (16) включает в себя размещение замедляющего нейтроны материала (16) вне тела.

11. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.1, включающий в себя оставление терапевтического источника (10) в теле между процедурами терапии локализованных клеток карциномы.

12. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.11, включающий в себя удаление терапевтического источника (10) из тела после того, как завершена процедура терапии локализованных клеток карциномы.

13. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.1, причем упомянутые диски или пластинки имеют достаточную общую площадь поверхности, чтобы гарантировать, что весь объем локализованных клеток карциномы будет подвергнут воздействию излучения с высокой ионизирующей способностью, но с низкой проникающей способностью, когда один или более упомянутых дисков или пластинок расположены вокруг клеток карциномы и облучены нейтронным полем.

14. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.1, причем терапевтический источник (10) выполнен из материала, порождающего альфа-частицы с диапазонами энергии столь же высокими, как у B₄C, или выше.

15. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.14, причем материал терапевтического источника нерастворим в воде, нетоксичен для тела и имеет столь же малые периоды полураспада, как период полураспада B₄C, или меньше него.

16. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.1, включающий в себя использование гамма-спектрометра (18) для отслеживания интенсивности гамма-излучения, испускаемого в результате нейтронного облучения терапевтического источника, при этом скорость образования заряженных частиц отслеживается, в то время как происходит облучение нейтронами.

17. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.16, использующий отслеживаемую интенсивность гамма-излучения и активность нейтронов нейтронного поля для определения дозы облучения, подведенной к телу.

18. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.17, контролирующий интенсивность нейтронного поля на основе отслеживаемой интенсивности гамма-излучения и дозы облучения.

19. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.8, причем замедляющий нейтроны материал (16) содержит С.

20. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.1, причем терапевтический источник выполнен из материала, порождающего гамма-излучение низкой энергии, приблизительно равное гамма-излучению B₄C.

21. Способ терапии локализованных клеток карциномы в теле млекопитающего (12), содержащий:

позиционирование терапевтического источника (10), который является практически нерадиоактивным, когда не подвергается воздействию источника нейтронов, однако становится источником излучения с высокой ионизирующей способностью, но с низкой проникающей способностью, когда подвергается воздействию нейтронного поля при активности или выше нее, в теле смежно с клетками карциномы, причем терапевтический источник хирургически имплантирован в тело в нерадиоактивном состоянии; и

облучение терапевтического источника (10) извне тела нейтронным полем при упомянутой активности или выше нее в течение периода времени, чтобы сгенерировать излучение с высокой ионизирующей способностью, но с низкой проникающей способностью;

причем:

терапевтический источник содержит P-31;

терапевтический источник содержит экранирующий излучение материал, сформированный на его стороне, который экранирует по меньшей мере часть излучения с высокой ионизирующей способностью, но практически прозрачен для нейтронов; и

терапевтический источник имеет форму дисков или пластинок толщиной порядка микрона.

22. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.21, причем терапевтический источник (10) излучения с высокой ионизирующей способностью, но с низкой проникающей способностью выполнен так, что он облучает практически только клетки карциномы.

23. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.22, причем экранирующий излучение материал сформирован на стороне терапевтического источника (10), не обращенной к клеткам карциномы.

24. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.21, причем позиционирование терапевтического источника включает в себя хирургическую имплантацию терапевтического источника (10) на клетки карциномы.

25. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.21, причем облучение терапевтического источника (10) включает в себя использование электрического генератора (14) нейтронов для облучения терапевтического источника (10).

26. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.25, причем электрический генератор (14) нейтронов представляет собой нейтристор.

27. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.25, причем электрический генератор (14) нейтронов включает электрические генераторы нейтронов, расположенные вокруг тела, для облучения терапевтического источника (10) под разными углами.

28. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.25, включающий в себя использование замедляющего нейтроны материала (16) между электрическим генератором (14) нейтронов и терапевтическим источником (10) для регулировки энергии нейтронов с целью оптимизации излучения с высокой ионизирующей способностью, но с низкой проникающей способностью, создаваемого терапевтическим источником (10).

29. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.28, причем замедляющий нейтроны материал (16) содержит D₂O.

30. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.28, причем использование замедляющего нейтроны материала (16) включает в себя размещение замедляющего нейтроны материала (16) вне тела.

31. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.21, включающий в себя оставление терапевтического источника (10) в теле между процедурами терапии локализованных клеток карциномы.

32. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.31, включающий в себя удаление терапевтического источника (10) из тела после того, как завершена процедура терапии локализованных клеток карциномы.

33. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.21, причем упомянутые диски или пластинки имеют достаточную общую площадь поверхности, чтобы гарантировать, что весь объем локализованных клеток карциномы будет подвергнут воздействию излучения с высокой ионизирующей способностью, но с низкой проникающей способностью, когда один или более упомянутых дисков или пластинок расположены вокруг клеток карциномы и облучены нейтронным полем.

34. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.21, причем материал терапевтического источника нерастворим в воде, нетоксичен для тела и имеет столь же малые периоды полураспада, как период полураспада B₄C, или меньше него.

35. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.21, включающий в себя использование гамма-спектрометра (18) для отслеживания интенсивности гамма-излучения, испускаемого в результате нейтронного облучения терапевтического источника, при этом скорость образования заряженных частиц отслеживается, в то время как происходит облучение нейтронами.

36. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.35, использующий отслеживаемую интенсивность гамма-излучения и активность нейтронов нейтронного поля для определения дозы облучения, подведенной к телу.

37. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.36, контролирующий интенсивность нейтронного поля на основе отслеживаемой интенсивности гамма-излучения и дозы облучения.

38. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.28, причем замедляющий нейтроны материал (16) содержит С.

39. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.21, причем терапевтический источник выполнен из материала, который производит диапазоны энергии бета-частицы с диапазонами энергии столь же высокими, как у B₄C, или выше.

40. Способ терапии локализованных клеток карциномы по п.21, причем терапевтический источник выполнен из материала, не порождающего гамма-излучение.