JP4279565B2 - Slender X-ray irradiation tool - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、体内深部の癌細胞をX線照射により有効、確実に破壊し得る細長型X線照射具及びこれを用いた放射線治療装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
癌摘出のためには外科的な手術が一般的であるが、体内深部あるいは広範囲に分散した癌ではその適用が困難な場合があり、特に老齢者では一層困難である。このため、外科的な手術のような患者に大きな負担がかからずに対象の癌のみを有効に、確実に破壊することができる手段が種々研究され、提案されている。その主な手段として、小型放射性物質キャピラリ挿入による放射線を用いる手段、重粒子加速器で高エネルギ化された重粒子を照射する癌治療装置、あるいは高エネルギX線の照射による癌治療装置等が知られている。
【0003】
上記放射性物質キャピラリは、直径2mm以下のキャピラリ内にイリジウムなどのガンマ線源やリンなどの放射性物質を詰め込んだものであるが、常時放射線を放出しているため取扱いが難しく、常に危険を伴い、かつ放射線のエネルギが高いため周辺に及ぼす影響が大きい。
【0004】
高エネルギの重粒子の照射による癌治療装置は、イオン化された粒子を多段状に設けた線型加速器や主加速器のシンクロトロンで高エネルギ状態に加速し、これを治療室内の照射器へ導いて人体に照射するようになっており、極めて大規模な設備である。従って、設備が複雑で大規模であるため建設費用が高価であり、我国では全国で未だ数箇所で稼動するだけである。
【0005】
高エネルギX線を照射するX線治療装置のX線源の一例として、特開2000−208294号公報に開示された「超小型X線発生装置」が公知である。この装置は、血管内や人体内の癌などを照射線で治療することを目的とし、直径2mm以下の絶縁材で囲まれた可撓性ケーブル内に芯線を含み、ケーブル先端部は、高真空度のチャンバ内に芯線の端を冷陰極として突出させ、チャンバ内には冷陰極と対向してタングステンなどの材料で形成されたターゲットと、隣接してゲッタ部とが設けられ、冷陰極に高電圧の短いパルス電圧を印加して先端から高電界放出による電子を発生し、この電子ビームがターゲットに衝突するとX線を発生し、発生したX線を先端部の一面に設けた窓から外部へ放出するように形成されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した重粒子照射による癌治療装置は、重粒子を人体に照射した場合、粒子線のエネルギは体内奥に進むにつれて徐々にエネルギを失って同じエネルギの粒子は同じ位置に止まり、その止まる直前に高い線量を対象部位に与えることができ、従って止まる位置を癌の位置に合わせておけば高い線量の重粒子により癌を破壊でき、かつ正常組織に対する障害をできるだけ低くすることができるという特性を有するため、患者に大きな負担を与えることなく治療ができるという利点を有する。
【0007】
しかしながら、前述したように、この装置は大規模な設備を建設する必要があるため、建設費用は巨額であり、現状では例えば数百億円かかると言われており、従って既に建設された設備は日本全国で数箇所あるが、この設備はどんな病院でも設置できるというものではなく、この設備による治療を受けることができる患者数は限られているという不都合がある。
【0008】
これに対し、前記特許公報に示されたX線治療装置は、ケーブル先端部を体内に挿入する内挿型として形成され、ケーブル先端内で発生したX線を直接に直近の患部に照射するように構成されているため患部に必要なX線量を確保できるという利点がある。しかしながら、この公報によるX線治療装置ではケーブル先端内でX線を発生させる形式として、ケーブル先端内の最先端位置に設けた金属ターゲットに対し少し手前位置に冷陰極を設け、この冷陰極に高電圧のパルス電圧を印加する形式を採用している。
【0009】
このため、この冷陰極へ高電圧を送る芯線の周囲は高耐圧絶縁材で囲み、絶縁破壊が生じないようにしている。しかし、このような絶縁材で囲んであっても、絶縁材の欠陥や耐久性の劣化により治療中に絶縁破壊がいつかは生じるという危険性が高く、安全性という点でその形式自体に問題がある。
【0010】
この発明は、上記の問題に留意して、人体内の癌細胞を治療するため対象部位の直近で必要な線量のX線を発生させるか、又は直近まで伝送して高効率に、かつ体内深部や老齢者であっても身体に負担の少ない、しかも超小型で安価な細長型X線照射具及びこの照射具を備えた照射線治療装置を提供することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記の課題を解決する手段としてレーザ光の伝送ケーブル、冷却媒体の伝送管、及び真空吸引管を少なくとも含む可撓性の複合ケーブルと、この複合ケーブル端に接続されるX線照射用の端末ヘッドとを備え、複合ケーブルは前記伝送ケーブル、伝送管、吸引管を保護材で囲んで一体化した細長ケーブルとし、端末ヘッドは中空部材内に吸引管により吸引して真空チャンバを形成し、この真空チャンバ内にX線発生用のターゲット材と集光手段とを設けて成り、前記端末ヘッドを体内に挿入し、伝送ケーブルからのレーザ光を集光手段を介してターゲット材に照射し、これにより発生するX線を中空部材の一側壁に設けた収束窓部で収束、透過させて対象部位を照射するように構成した内挿型細長型X線照射具としたのである。
【0012】
そして、前記構成のX線照射具をレーザ発生装置などに接続して次のような放射線治療装置を構成することができる。即ち、伝送ケーブルにレーザ光を送るレーザ発生ユニットと、伝送管に冷却媒体を輸送、回収する冷却ポンプユニットと、吸引管を介して真空チャンバ内を吸引する吸引ポンプユニットとを上記内挿型細長型X線照射具の複合ケーブルに接続し、X線を端末ヘッドより放射して対象部位の照射を行なえるように構成した放射線治療装置とすることができる。
【0013】
上記細長型X線照射具及び放射線治療装置は、X線を発生させ、照射する端末ヘッドを体内に挿入して使用する内挿型の照射具を用いる。又、X線は体外から伝送されるレーザ光を端末ヘッド内のターゲットに照射して発生させる。X線はレーザ光を集光手段で集光してターゲット上で発生するが、その際レーザ光のエネルギの多くは熱に変換されるため端末ヘッド内が高温となり、これを冷却する冷却手段が必要である。さらに、端末ヘッド内の空気分子とX線の衝突を防止するため、端末ヘッド内は真空チャンバとする必要がある。
【0014】
このため、レーザ光を送る伝送ケーブルは冷却媒体の伝送管と真空吸引管と一体の複合ケーブルとし、かつ端末ヘッド内を冷却、吸引してレーザ光をターゲットに照射するようにしている。従って、複合ケーブル及び端末ヘッドを細く形成し、かつ所定長さとすることにより体内へ小さな挿入口から挿入し、その端末ヘッド内でX線を発生させて体内の患部の直近で発生したX線を減衰させることなく患部に照射できる。この場合のX線量は1KeV〜50KeV程度で10Gy前後のX線量が必要とされるが、上記形式のX線照射具では1GW程度の高繰返し短パルスレーザを用いることにより十分確保できる。
【0015】
発生したX線は、端末ヘッドから外部へ放射される際に端末ヘッドの中空部材の一側壁に収束窓部を設けて所定径に収束させるようにしているため、X線は無制限に分散されることなく患部の所定範囲に収束されて効率よく照射される。なお、上記細長型の複合ケーブルは、さらに照明用及び対象部位を監視するための画像光用の光ファイバケーブルを含めるとよい。これらのケーブル、伝送管を1つの細い直径数mm以下のケーブルとすれば、体内深部や老人であっても身体に与える負担が少なくて済む。
【0016】
照明用及び画像光用の光ファイバケーブルを備えている場合は、その端部から予め照明光により患部を照射し、その位置、状態を画像光として検出し、その画像光を外部へ送出して画面上で確認し、その後上述したX線の照射をすれば確実な作用が得られる。
【0017】
前記課題を解決するもう1つの手段として、レーザ光の伝送ケーブル、及び真空吸引管を少なくとも含む可撓性の複合ケーブルと、この複合ケーブル端に接続されるX線照射用の端末ヘッドとを備え、複合ケーブルは前記伝送ケーブル及び吸引管を保護材で囲んで一体化した細長ケーブルとし、端末ヘッドは中空部材内に吸引管により吸引して真空チャンバを形成しているとともに、所定長さのX線伝送管が接続され、前記真空チャンバ内にX線発生用のターゲット材と集光部材とを設けて成り、前記X線伝送管を体内に挿入し、体外の端末ヘッドにおいて、伝送ケーブルからのレーザ光を集光部材を介してターゲット材に照射し、これにより発生するX線を前記X線伝送管へ送り、そのX線伝送管の出力側端に設けた収束窓部を経てX線を送り出し対象部位を照射するように構成した外挿型細長型X線照射具とすることもできる。
【0018】
このX線照射具は、使用の際に端末ヘッドが体外に位置するため、外挿型である。このため、X線の発生の際に伴う発熱作用により身体に直接の影響を与えることがなく、従って冷却媒体用の伝送管は設けられていない。しかし、体外に位置する端末ヘッド内で発生するX線をX線量が減衰することなく照射するためにはX線を体内へ伝送する必要がある。そこで、このX線照射具では端末ヘッドに所定長さのX線伝送管を接続しているのである。
【0019】
X線伝送管は端末ヘッド内で発生したX線を体外から体内へと送りX線量を減衰させることなく患部へX線を照射できる。このX線伝送管は放射端側を収束させた形状とし、これによりX線を所定サイズに収束して照射できる。従って、X線は体外で発生させる形式であっても、X線を患部の直近まで送り込んで照射できる。
【0020】
前記課題を解決するさらにもう1つの手段として、高電圧を伝送する可撓性の高電圧ケーブル及び可撓性の真空吸引管と、高電圧ケーブル端に接続されるX線照射用の端末ヘッドとを備え、高電圧ケーブルは高電圧を送る導体の外周を絶縁材、外導体、及び保護材で囲んだ細長ケーブルとし、端末ヘッドは高電圧ケーブルの端に外導体を突出させた中空部材内にターゲット材を設け、その内部を吸引管により吸引して真空チャンバを形成し、このチャンバ内へ高電圧導体の端に陰極端子を形成し、端末ヘッドの端にはX線伝送管を接続し、そのX線伝送管を体内に挿入し、体外の端末ヘッドにおいて、高電圧ケーブルからの高電圧で陰極端子から電子ビームを放出させてターゲット材に衝突させ、これにより発生するX線を前記X線伝送管へ送り、そのX線伝送管の出力側端に設けた収束窓部を経てX線を送り出し対象部位を照射するように構成した外挿型細長型X線照射具とすることもできる。
【0021】
この細長型X線照射具も、第3の発明のX線照射具と同じく、外挿型である。この場合も冷却媒体用の伝送管は設けられていない。そして、端末ヘッドには所定長さのX線伝送管を接続しているため、体外から体内へX線を送りX線量を減衰させることなく患部へX線を照射できる。X線伝送管は放射端の収束形状によりX線を所定サイズに収束して照射する。このため、X線を体外で発生させる形式でもX線を患部の直近まで送り込んで照射できる。
【0022】
【実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は第1実施形態の細長型X線照射具を備えた放射線治療装置の全体概略構成を示す。1はレーザ光を発生するレーザ発生ユニット、2は真空吸引するためのイオンポンプから成る真空ポンプユニット、3は照明光を発生するランプユニット、4は画像光の信号を電気信号に変換する光電変換ユニット、5は冷却媒体を送り出し、回収する冷却ポンプユニット、6はワイヤ操作するための操作手段である。光電変換ユニット4で変換された電気信号は制御ユニット7へ送られ、画像表示器7aで画像として表示される。
【0023】
C1 はレーザ光を伝送する伝送路であり、固定伝送管又は光ファイバが用いられる。C2 は照明用の可視光を伝送する光ファイバによる伝送路、C3 は画像光を伝送する光ファイバによる伝送路である。P1 は真空吸引するための細い中空管、P2 は冷却媒体を流通する細い中空管であり、図には1本線で示しているが、実際には冷却媒体の送出しと回収用に2つの中空管が用いられる。Wは操作用のワイヤであり、例えば可撓性のプッシュ・プルワイヤが用いられる。8は上記伝送路C1 を後述する細長型X線照射具10の光ファイバに接続するための光カップラ、9は上記C1 〜C3 、P1 、P2 、Wを集合するための接続具である。
【0024】
細長型X線照射具10は、上述した伝送路C1 〜C3 、中空管P1 、P2 、ワイヤWを接続具9で集合させ、その後方に延びる上記伝送路等の外周を、図2に示すように、ポリウレタン製の保護材Sで囲んで一体化した細長い複合ケーブル11と、その先端に接続される端末ヘッド12とから成る。複合ケーブル11は直径数(2〜3)mm、長さ数cm乃至数10cm程度の細長いケーブル、端末ヘッド12の直径も略同じで、長さ数cm前後である。以上が、放射線治療具、細長型X線照射具の概略構成であるが、さらにその詳細について以下説明する。
【0025】
レーザ発生ユニット1のレーザ発生装置は、例えばNd−YAGレーザ(波長1.06μm)のような高繰返し短パルス高出力レーザ(1GW、100pSec、10Hz)が用いられ、短パルスのパルスレーザ光を出力する。真空ポンプユニット2のイオンポンプは、照射具10の端末ヘッド12内の真空チャンバを10 −7 〜10 −6 Torr程度の真空度に保つよう排気を行うことができるものが用いられる。発生したX線と空気分子等との衝突を防止し、X線の吸収を防止するためである。ランプユニット3は通常の可視光を発する例えばLEDランプが用いられる。
【0026】
光電変換ユニット4は、端末ヘッド12の端からの照明光で照明された対象部位の状態を受光して送られて来る画像光を例えばCCD画像素子などで電気信号に変換するユニットである。冷却ポンプユニット5からは冷却媒体として、例えばアルコール液又はアルゴンヘリウム、Heの液を送り出し、端末ヘッド12内を冷却して温度上昇した液を回収する。ワイヤの操作手段6は、例えば手の指でレバーを引くとプッシュ・プルワイヤを引き寄せるレバー機構(図示省略)から成る。図3に端末ヘッド12の拡大断面図を示す。
【0027】
図示のように、端末ヘッド12は金属製の中空円筒体として形成されたケーシング13から成り、ケーシング13の片端は開放状とされ、その開放端を端板13aで閉じて密封される。ケーシング13の内部は真空チャンバ14とされ、そのチャンバ14内に伝送路C1 からのレーザ光を集光する集光手段(レンズ)15と、その焦点位置付近に金属製のターゲット材16が置かれている。15aは支持部材であり、ターゲット材16はケーシング13内の傾斜壁に取付けられている。ターゲット材16は、鋼、タングステン(W)、金やそれらの合金から形成され、X線発生率が高く熱伝導率の良いものが用いられる。
【0028】
ターゲット材16にレーザ光を照射して発生したX線はケーシング13の一側壁に設けられた収束窓部17を経て外部へ出力される。この収束窓部17は単なるX線の透過窓ではなく、透過窓17aを透過する際に側壁17bにより所定割合に収束をされて放出される。図示の例では側壁17bをX線に対しブラッグ回折に最適な所定角度θの傾斜状に形成され、これにより収束作用を受けるため高強度のX線を対象部位に照射できる。なお、ケーシング13の端板13aには複合ケーブル11の端に設けられた端板11aが対向し、当接状態で接続金具18により高気密、液密状にかつ着脱自在に接続される。13k はケーシング13と複合ケーブル11の接合端である。
【0029】
端板13aと11aを当接して端末ヘッド12と複合ケーブル11を接続する際に真空チャンバ14内の真空状態を得るために、伝送路C2 、C3 の光ファイバ及び伝送管P2 の細管は、ケーシング13内にも延長して設けられている部分の端面を複合ケーブル11の端板11aの端で終わる端面とを突き合わせて連続状となるようにしている。伝送路C1 と伝送管P1 は端板11aの端で面一に形成され、端板13aに設けられた開口に臨んでいる。操作用ワイヤWは先端が端板13aに係止され、その係止位置をケーシングの中心から所定距離偏心した位置とし、ワイヤWを引くとケーシング13全体が接合端13k 付近を中心に首振りできるようにしている。
【0030】
上記のように構成したこの実施形態の細長型X線照射具10は、内挿型であり、人体内の患部に端末ヘッド12を挿入して使用される。図1には、端末ヘッド12を人体B内の臓器(例えば肝臓、腎臓など)Zまで挿入し、患部Ca(例えば癌部)にX線を照射して癌細胞を破壊する状態を示している。この場合、複合ケーブル11から送られるレーザ光を伝送路C1 から集光手段15を介してターゲット材16へ照射し、X線を発生させる。X線は端末ヘッド12のケーシング13に設けられた収束窓部17を経て所定角度範囲に収束されて患部Caに照射される。
【0031】
ところで、癌細胞の破壊には1KeV〜50KeV程度で10Gy前後のX線量が必要とされるが、このような値のX線量は上記短パルス高出力レーザからのレーザ光をターゲット材16に照射することにより達成できる。端末ヘッド12は、体内の患部Caの近くまで挿入され、その直近で発生したX線を照射するため、上記強力なX線は途中で減衰することなくそのまま照射され、従って癌細胞を破壊することができる。
【0032】
X線を患部Caに正しく照射するためには、事前に患部Caの位置を別の手段で予め確認できるとしても、X線の照射方向や位置が適正であるかを直接知る必要があり、X線の照射前に照射端19から照明光を患部Caに向けて照射し、その照明による患部Caの状態を撮像端20から画像光として取り込み、その画像光を伝送路C3 を経て光電変換ユニット4へ送る。そこで電気信号に変換された画像情報は表示器7aに表示され、その画像を目視確認することにより端末ヘッド12が適正な方向、位置にあることが確認される。上記確認の後上述したX線の照射が行なわれる。
【0033】
図4に細長型X線照射具10の部分変形例を示す。(a)図はX線発生部の収束窓部17の形状が若干異なっている。この形式のX線発生部は、ターゲット材16を楕円の2つの焦点の一方の付近に置き、楕円状の周壁17bで反射されて収束するもう一方の焦点付近が照射対象の患部Caに位置するようX線を収束して照射する形式とした点が特徴である。その他の形式、構造は基本的に図3に示すものと同じであり、説明は省略する。但し、周壁17bはその表面を薄膜状の金コートで被覆してX線の反射面としている。17aは透過窓である。又、操作用ワイヤは図示省略しているが図3の例と同様に設けられている。
【0034】
(b)図は、X線発生部からX線を単に透過窓17aを経由して外部へ放出する形式の細長型X線照射具10を示している。この例ではX線の収束は行なわれないがX線量が十分であれば、この形式でもよい。その他は図3の例と同じであり、説明は省略する。但し、この例でも操作ワイヤは設けられているが図示省略している。
【0035】
図5も第1実施形態の細長型X線照射具及び放射線治療具の部分変形例である。この例では、レーザ発生ユニット1からのレーザ光を複数本の光ファイバC1 に分岐して伝送し、端末ヘッド12内の集光手段15により集光してターゲット材16に照射するようにしている点が特徴である。複合ケーブル11内に一体化される光ファイバC1 は、1本の光ファイバで強力なレーザ光を伝送しようとすると光ファイバの許容限界ぎりぎりとなるため、レーザ光を複数本(例えば5〜10本程度)の光ファイバに分けて伝送する方が安全性、耐久性が向上するからである。
【0036】
レーザ発生ユニット1からのレーザ光は光束の拡大手段1C で直径を拡大し、分岐ユニット1D により複数本の光ファイバに分岐されるようにしている。その他は図1の例と同じであり、説明は省略する。癌細胞を破壊する場合、癌細胞の領域、深さ、癌の性質により前述したレーザ発生ユニット1によるレーザ光ではレーザ光及びX線の強度が不十分な場合も予想され、より強力なX線量を得るためレーザ光の強度を大きくする際に、複数の光ファイバによる伝送方式を必要とされる場合に有用である。
【0037】
図6Aは第2実施形態の細長型X線照射具を備えた放射線治療装置の全体概略構成を示す。この実施形態の細長型X線照射具は、第1実施形態及びその部分変形例が内挿型であったのに対し、外挿型である。複合ケーブル11は、レーザ光伝送用の光ファイバケーブルと真空吸引管P1 のみが保護材Sで囲まれて一体化された可撓性のケーブルとされている。この例では冷却媒体用の伝送管P2 、冷却ポンプユニット5、操作手段6、操作ワイヤWは設けられていない。
【0038】
端末ヘッド12では、ケーシング13内を真空吸引管P1 で吸引して真空チャンバ14を形成し、集光手段15でレーザ光を集光してターゲット材16に照射し、X線を発生させるように構成される点は図3の端末ヘッド12と同じである。しかし、この端末ヘッド12にはX線伝送管21が接続されている点が第1実施形態の場合と異なる。X線伝送管21は、図示のように、中空円筒体が用いられ、その内面にX線伝送効率向上のため薄膜状の金コートを塗布し、X線の入射側と出射側にそれぞれ透過窓22、23を設け、その基端側を端末ヘッド12に対し支持部材24により回転自在に取付けられている。
【0039】
なお、X線伝送管21は、図示のように、その先端寄りの適宜位置から少し屈曲して、かつ先端側を収束状に形成している。又、照明用の光ファイバによる伝送路C2 と、画像光伝送用の光ファイバによる伝送路C3 とはX線伝送管21の外周に沿って取付けられ、X線伝送管21の基端寄り位置に操作ハンドル25が設けられている。19は照射端、20は撮像端である。他の構成は基本的に第1実施形態と同じであり、同じ符号を付して説明は省略する。
【0040】
上記端末ヘッド12、複合ケーブル11、及びX線伝送管21の直径は第1実施形態と同様に、数ミリ(2〜3mm)以下の細長形とされ、X線伝送管21は長さが数cm乃至数10cm程度である。但し、外挿型であるため、X線伝送管21以外の端末ヘッド12と複合ケーブル11の直径は数ミリより大きい適宜径(例えば10mm程度)としてもよい。
【0041】
上記構成のこの実施形態の細長型X線照射具を備えた放射治療装置は、人体の外でX線を発生する端末ヘッド12を有している。この端末ヘッド12内で発生したX線は、X線伝送管21により人体内の患部Caの直近まで伝送され、その端部から出射されるX線を患部Caに直接的に照射し得る。この場合X線伝送管21は予め人体内に挿入され、先端が患部の直近へ届くように設定される。その操作は第1実施形態の場合と同様であるが、この場合は操作ハンドル25を回転させ照射端19からの照明光で患部Caを照射し、撮像端20から画像光を取り込む。
【0042】
X線伝送管21は、端末ヘッド12内で発生したX線を効率よく伝送するから途中で減衰することがなく、必要なX線量を確保して先端寄りの収束部で所定径に収束し、X線を照射できる。その際、端末ヘッド12は体外に設けられているから、ターゲット材16からX線を発生する作用に伴う発熱があっても人体に直接影響しないため、端末ヘッド12内の冷却手段は設けられていない。なお、X線伝送管21内は薄膜の金コートを塗布してX線を効率よく伝送するように形成しているが、その内部は真空チャンバ14に一部が連通して真空吸引されるようになっている。
【0043】
図6Bは第3実施形態の細長型X線照射具を備えた放射線治療装置の全体概略構成図である。この実施形態の細長型X線照射具10’も、第2実施形態と同様に、外挿型であるが、X線の発生方式が電子ビームを用いる方式である点で方式が大きく異なる。この実施形態では、複合ケーブル11に代えて可撓性の高電圧ケーブル11’が用いられ、その先端に端末ヘッド12’が一体に設けられ、さらにその端末にX線伝送管21が接続されて細長型X線照射具10’が形成されている。
【0044】
高電圧ケーブル11’は、安全性を確保し得る所定長さとされ、その一端は高電圧源1’に接続され、高電圧のパルス電圧が印加される。この高電圧ケーブル11’は、中心に高電圧用の導体l1 が設けられ、その外周に同軸状に高絶縁性の例えばテフロン(登録商標)絶縁物から成る絶縁材11bで囲み、さらにその外側に外導体11cを設け、その外側を保護材(ポリウレタン外皮など)Sで被覆し、直径2〜3mm程度の可撓性の細長線として形成されている。高電圧ケーブル11’の端部に設けた端板11dより突出する外導体11cの延長部材による端末ヘッド12’を所定長さに形成し、端末ヘッド12’内の先端にターゲット材16を取付けてその内部を真空吸引管P1 を接続して真空チャンバ14とする。
【0045】
又、上記端板11dから導体l1 を貫通させて真空チャンバ14内へ突出させ、その先端に電子ビームを発生させるフィラメント(図示省略)による陰極端子11aを形成して電子ビーム発生部とする。この陰極端子11aで発生した電子ビームを金属ターゲットに衝突させてX線が発生し、このX線はターゲット材を透過して背面へと放射される。上記端末ヘッド12’の端には同径のX線伝送管21が接続部材18により回転自在に接続されている。
【0046】
X線伝送管21は、第2実施形態と同じ部材であり、発生したX線を入射側の透過窓22から受入れて伝送し、出射側の透過窓23から放射する。操作ハンドル25を操作して放射されるX線の照射方向、位置を変えることができる。なお、真空吸引管P1 は高電圧ケーブル11’内の絶縁材11b内を挿通させて設けてもよいが、安全のため高電圧ケーブル11’の外側に沿って取付け、真空チャンバ14の位置で内部に接続してもよい。又、照明用及び画像光用の光ファイバの伝送路C2 、C3 はX線伝送管21に沿って設けてある。
【0047】
なお、X線伝送管21内は第2実施形態と同様に薄膜の金コートが施されており、又内部は真空チャンバ14に連通して真空状態に保持されることも同じである。
【0048】
上記第2、第3実施形態では、主として細長型X線照射具について説明したが、この細長型X線照射具を備えた放射線治療装置は第1実施形態と同様に構成されることは説明するまでもないから同一構成部材に同一符号を付して説明は省略する。
【0049】
真空ポンプユニット2、照明用のランプユニット3、画像光用の光電変換ユニット4は第1、第2実施形態と同様のものが設けられているが、細長型X線照射具10’が外挿型であるため、冷却ポンプユニット、冷却媒体用の伝送管、操作ワイヤは設けられていない。この例の高電圧源1’には数100kV(50〜200kV程度)の高電圧のパルス電圧が供給される。パルス高電圧は、パルス幅数μSec〜数mmSec、パルス間隔10〜100Hz程度の高繰返し電圧である。又、高電圧ケーブル11’のサイズも直径数mm(2〜3mm)以下の細長ケーブルである。その他の構成は第2実施形態と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。なお、高電圧原1’は高電圧を連続CWの高電圧を作用させるものとしてもよい。
【0050】
上記構成とした第3実施形態の細長型X線照射具10’及びこれを備えた放射線治療装置は、外挿型のX線照射具10’の端末ヘッド12’内の真空チャンバ14内で高電圧を印加して陰極端子11aから発生する電子ビームがターゲット材16に衝突してX線を発生させ、このX線はターゲット材16を透過して背面へ放出され、X線伝送管21を経て伝送されてその出力側端から対象部位を照射する。X線が発生した後の作用は第2実施形態と同様であり、説明は省略する。
【0051】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、この出願の第1の発明の細長型X線照射具では体内に挿入される複合ケーブル端の端末ヘッド内でレーザ光によりX線を発生させて収束窓部から所定サイズに収束させて対象部位に照射するようにしたから、必要な線量のX線を患部の直近で発生させ減衰させることなく効率よく患部を照射でき、簡易な構成としたため小型でありコストが極めて安価であり、かつ安全であって体内深部や老齢者であっても身体に負担が少なくて利用できるという極めて顕著な効果が得られる。
【0052】
外挿型の細長型X線照射具であっても、X線を体外の端末ヘッドで発生させてそのX線をX線伝送管により体内へ送り込み、患部を照射するようにしたから、第1の発明と同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の細長型X線照射具(内挿型)を備えた放射線治療装置の全体概略構成図
【図2】複合ケーブルの断面図
【図3】端末ヘッドの拡大断面図
【図4】端末ヘッドの部分変形例の拡大断面図((a)楕円焦点形、(b)無収束形)
【図5】レーザ光の伝送路の変形例を備えた放射線治療装置の全体概略構成図
【図6A】第2実施形態の細長型X線照射具(外挿型)を備えた放射線治療装置の全体概略構成図
【図6B】第3実施形態の細長型X線照射具(外挿型)を備えた放射線治療装置の全体概略構成図
【符号の説明】
1 レーザ発生ユニット
2 真空ポンプユニット
3 ランプユニット
4 光電変換ユニット
5 冷却ポンプユニット
6 操作手段
7a 画像表示器
10 細長型X線照射具
11 複合ケーブル
12 端末ヘッド
13 ケーシング
14 真空チャンバ
15 集光手段
16 ターゲット材
17 収束窓部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an elongated X-ray irradiator that can effectively and reliably destroy cancer cells deep in the body by X-ray irradiation, and a radiotherapy apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
Surgical surgery is common for cancer removal, but it may be difficult to apply to cancers that are dispersed deep in the body or over a wide area, especially for elderly people. For this reason, various researches and proposals have been made on the means that can effectively and reliably destroy only the target cancer without imposing a heavy burden on a patient such as a surgical operation. As its main means, means using radiation by inserting a small radioactive substance capillary, cancer treatment apparatus for irradiating heavy particles with high energy by a heavy particle accelerator, cancer treatment apparatus by irradiation with high energy X-rays, etc. are known. ing.
[0003]
The radioactive substance capillary is a capillary having a diameter of 2 mm or less packed with a gamma ray source such as iridium or a radioactive substance such as phosphorus. The effect on the surroundings is large due to the high energy of radiation.
[0004]
Cancer treatment equipment by irradiation with high energy heavy particles accelerates the ionized particles to a high energy state with a linear accelerator with multiple stages and a synchrotron of the main accelerator, and guides it to the irradiator in the treatment room. It is an extremely large-scale facility. Therefore, the equipment is complicated and large-scale, so the construction cost is high, and in Japan, there are still only a few locations in the country.
[0005]
As an example of an X-ray source of an X-ray treatment apparatus that irradiates high energy X-rays, an “ultra-small X-ray generator” disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-208294 is known. This device is intended to treat cancers in blood vessels and human bodies with radiation, and includes a core wire in a flexible cable surrounded by an insulating material having a diameter of 2 mm or less. The end of the core wire protrudes into the chamber as a cold cathode, and a target made of a material such as tungsten is provided in the chamber so as to face the cold cathode, and a getter portion is provided adjacent to the cold cathode. A short pulse voltage is applied to generate electrons due to high field emission from the tip. When this electron beam collides with the target, X-rays are generated, and the generated X-rays are emitted from a window provided on one surface of the tip to the outside. It is formed to release.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the above-mentioned cancer treatment apparatus by heavy particle irradiation irradiates the human body with heavy particles, the energy of the particle beam gradually loses energy as it goes deep inside the body, and the particles of the same energy stop at the same position and stop. High dose can be given to the target site immediately before, so if the position where it stops is aligned with the position of cancer, cancer can be destroyed by heavy particles of high dose, and the damage to normal tissue can be made as low as possible Therefore, there is an advantage that treatment can be performed without giving a large burden to the patient.
[0007]
However, as described above, since this apparatus needs to construct a large-scale facility, the construction cost is enormous, and it is said that it currently costs, for example, tens of billions of yen. Although there are several locations throughout Japan, this facility is not something that can be installed in any hospital, and there is a disadvantage that the number of patients who can receive treatment with this facility is limited.
[0008]
On the other hand, the X-ray therapy apparatus disclosed in the above-mentioned patent publication is formed as an insertion type in which the cable tip is inserted into the body, so that the X-ray generated in the cable tip is directly irradiated to the nearest affected part. Therefore, there is an advantage that the X-ray dose necessary for the affected part can be secured. However, in the X-ray therapy apparatus according to this publication, a cold cathode is provided at a position slightly ahead of the metal target provided at the most advanced position in the cable tip as a type for generating X-rays in the cable tip. A form in which a voltage pulse voltage is applied is adopted.
[0009]
For this reason, the periphery of the core wire that sends a high voltage to the cold cathode is surrounded by a high-voltage insulating material so that dielectric breakdown does not occur. However, even if it is surrounded by such an insulating material, there is a high risk that dielectric breakdown will occur during the treatment due to defects in the insulating material or deterioration of durability, and there is a problem in the form itself in terms of safety. is there.
[0010]
In consideration of the above problems, the present invention generates X-rays of a dose necessary for the treatment of cancer cells in the human body in the immediate vicinity of the target site, or transmits the X-rays to the nearest point to achieve high efficiency and deep in the body. It is another object of the present invention to provide an elongated X-ray irradiator that is less burdensome on the body even for an elderly person and that is ultra-compact and inexpensive, and an irradiation therapy device that includes this irradiator.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a flexible composite cable including at least a laser light transmission cable, a cooling medium transmission pipe, and a vacuum suction pipe as means for solving the above problems, and X-ray irradiation connected to the end of the composite cable. A composite cable is a long and narrow cable that surrounds the transmission cable, transmission pipe, and suction pipe with a protective material, and the terminal head is sucked into the hollow member by a suction pipe to form a vacuum chamber. In this vacuum chamber, a target material for generating X-rays and a light collecting means are provided,Inserting the terminal head into the body,A target material is irradiated with laser light from a transmission cable via a condensing means, and X-rays generated thereby are converged and transmitted through a convergence window provided on one side wall of a hollow member so as to irradiate a target site. ConfiguredInterpolation typeThis is an elongated X-ray irradiator.
[0012]
And the following radiotherapy apparatus can be comprised by connecting the X-ray irradiation tool of the said structure to a laser generator etc. FIG. That is, a laser generation unit that sends laser light to a transmission cable, a cooling pump unit that transports and collects a cooling medium to the transmission pipe, and a suction pump unit that sucks the vacuum chamber through the suction pipe are described above.Interpolation typeA radiotherapy apparatus configured to connect to a composite cable of an elongated X-ray irradiator and to irradiate a target site by emitting X-rays from a terminal head;can do.
[0013]
The elongated X-ray irradiator and radiotherapy apparatus use an insertion type irradiator that generates and uses X-rays by inserting a terminal head into the body. X-rays are generated by irradiating a target in the terminal head with laser light transmitted from outside the body. X-rays are generated on the target by condensing the laser beam with the condensing means. At that time, most of the energy of the laser light is converted into heat, so the inside of the terminal head becomes high temperature, and there is a cooling means for cooling this. is necessary. Furthermore, the inside of the terminal head needs to be a vacuum chamber in order to prevent collision between air molecules in the terminal head and X-rays.
[0014]
For this reason, the transmission cable for transmitting the laser light is a composite cable integrated with the transmission pipe for the cooling medium and the vacuum suction pipe, and the inside of the terminal head is cooled and sucked to irradiate the target with the laser light. Therefore, the composite cable and the terminal head are formed thinly and set to a predetermined length to be inserted into the body through a small insertion port, and X-rays are generated within the terminal head to generate X-rays generated in the immediate vicinity of the affected part in the body. The affected area can be irradiated without attenuation. In this case, the X-ray dose is about 1 KeV to 50 KeV and an X-ray dose of about 10 Gy is required. However, the X-ray irradiator of the above type can be sufficiently ensured by using a high repetition short pulse laser of about 1 GW.
[0015]
When the generated X-rays are emitted from the terminal head to the outside, a convergence window portion is provided on one side wall of the hollow member of the terminal head so that the X-rays are converged to a predetermined diameter. Without being focused, it is converged to a predetermined range of the affected part and efficiently irradiated. The elongated composite cable may further include an optical fiber cable for illumination and image light for monitoring a target site. If these cables and transmission tubes are made into one thin cable having a diameter of several millimeters or less, the burden on the body can be reduced even in the deep part of the body or the elderly.
[0016]
When the optical fiber cable for illumination and image light is provided, the affected part is irradiated with illumination light in advance from its end, its position and state are detected as image light, and the image light is transmitted to the outside. If it is confirmed on the screen and then the above-mentioned X-ray irradiation is performed, a reliable action can be obtained.
[0017]
As another means for solving the above-mentioned problem, a laser beam transmission cable and a flexible composite cable including at least a vacuum suction tube, and an X-ray irradiation terminal head connected to the end of the composite cable are provided. The composite cable is an elongated cable in which the transmission cable and the suction pipe are surrounded by a protective material, and the terminal head is sucked into the hollow member by the suction pipe to form a vacuum chamber.And an X-ray transmission tube of a predetermined length is connected,A target material for X-ray generation and a light collecting member are provided in the vacuum chamber,Insert the X-ray transmission tube into the body, and in the terminal head outside the body,The target material is irradiated with the laser light from the transmission cable via the condensing member, and the X-rays generated thereby are emitted.AboveSent to the X-ray transmission tube,ThatX-rays are sent out through a convergence window provided at the output side end of the X-ray transmission tube, and the target site is irradiated.Extrapolation typeAn elongated X-ray irradiator can also be used.
[0018]
This X-ray irradiator is an extrapolation type because the terminal head is located outside the body during use. For this reason, there is no direct influence on the body due to the heat generation effect associated with the generation of X-rays, and therefore no transmission tube for the cooling medium is provided. However, in order to irradiate the X-rays generated in the terminal head located outside the body without the X-ray dose being attenuated, it is necessary to transmit the X-rays into the body. Therefore, in this X-ray irradiator, an X-ray transmission tube having a predetermined length is connected to the terminal head.
[0019]
The X-ray transmission tube attenuates the X-ray dose by sending X-rays generated in the terminal head from outside the body into the body.NaX-rays can be irradiated to the affected area. The X-ray transmission tube has a shape in which the radiation end side is converged so that X-rays can be converged to a predetermined size and irradiated. Therefore, even if X-rays are generated outside the body, X-rays can be delivered to the immediate vicinity of the affected area.
[0020]
As yet another means for solving the above problem, a flexible high voltage cable for transmitting a high voltage, andFlexibleElongated cable that has a vacuum suction tube and a terminal head for X-ray irradiation connected to the end of the high-voltage cable. The high-voltage cable surrounds the outer periphery of the conductor that sends high voltage with an insulating material, outer conductor, and protective material. The terminal head is provided with a target material in a hollow member with an outer conductor protruding from the end of a high voltage cable, and the inside is sucked by a suction tube to form a vacuum chamber, and the end of the high voltage conductor is inserted into this chamber. A cathode terminal, and an X-ray transmission tube connected to the end of the terminal head,Insert the X-ray transmission tube into the body, and at the terminal head outside the body,An electron beam is emitted from the cathode terminal at a high voltage from a high voltage cable to collide with the target material, and X-rays generated thereby are emitted.AboveSent to the X-ray transmission tube,ThatX-rays are sent out through a convergence window provided at the output side end of the X-ray transmission tube, and the target site is irradiated.Extrapolation typeAn elongated X-ray irradiator can also be used.
[0021]
This elongated X-ray irradiator is also an extrapolation type, similar to the X-ray irradiator of the third invention. Also in this case, a transmission pipe for the cooling medium is not provided. Since the X-ray transmission tube having a predetermined length is connected to the terminal head, the affected part can be irradiated with X-rays by sending X-rays from outside the body into the body without attenuating the X-ray dose. The X-ray transmission tube irradiates the X-ray by converging it to a predetermined size by the convergence shape of the radiation end. For this reason, even in the form of generating X-rays outside the body, X-rays can be sent to the immediate vicinity of the affected area and irradiated.
[0022]
[Embodiment]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an overall schematic configuration of a radiotherapy apparatus provided with the elongated X-ray irradiator of the first embodiment. 1 is a laser generating unit that generates laser light, 2 is a vacuum pump unit including an ion pump for vacuum suction, 3 is a lamp unit that generates illumination light, and 4 is a photoelectric conversion that converts an image light signal into an electrical signal. A
[0023]
C1Is a transmission path for transmitting laser light, and a fixed transmission tube or an optical fiber is used. C2Is an optical fiber transmission line that transmits visible light for illumination, CThreeIs an optical fiber transmission line for transmitting image light. P1Is a thin hollow tube for vacuum suction, P2Is a thin hollow tube that circulates the cooling medium, and is shown by a single line in the figure, but actually two hollow tubes are used for sending and collecting the cooling medium. W is an operation wire, for example, a flexible push-pull wire is used. 8 is the transmission line C1Is an optical coupler for connecting to the optical fiber of the
[0024]
The
[0025]
The laser generator of the
[0026]
The photoelectric conversion unit 4 is a unit that receives the state of the target portion illuminated by the illumination light from the end of the
[0027]
As shown in the figure, the
[0028]
X-rays generated by irradiating the
[0029]
In order to obtain a vacuum state in the
[0030]
The
[0031]
By the way, for the destruction of cancer cells, an X-ray dose of about 10 Gy at about 1 KeV to 50 KeV is required. The X-ray dose of such a value irradiates the
[0032]
In order to correctly irradiate the affected part Ca with X-rays, it is necessary to directly know whether the irradiation direction and position of the X-rays are appropriate, even if the position of the affected part Ca can be confirmed in advance by another means. Before irradiating the line, illumination light is irradiated from the
[0033]
FIG. 4 shows a partial modification of the
[0034]
(B) The figure has shown the elongate type | mold
[0035]
FIG. 5 is also a partial modification of the elongated X-ray irradiation tool and the radiation therapy tool of the first embodiment. In this example, the laser light from the
[0036]
The laser beam from the
[0037]
FIG. 6A shows an overall schematic configuration of a radiotherapy apparatus provided with the elongated X-ray irradiator of the second embodiment. The elongated X-ray irradiator of this embodiment is an extrapolation type while the first embodiment and the partial modification thereof are the interpolation type. The
[0038]
In the
[0039]
As shown in the figure, the
[0040]
The diameters of the
[0041]
The radiotherapy apparatus provided with the elongated X-ray irradiation tool of this embodiment having the above-described configuration has a
[0042]
The
[0043]
FIG. 6B is an overall schematic configuration diagram of a radiotherapy apparatus including the elongated X-ray irradiator of the third embodiment. The
[0044]
The
[0045]
Further, the
[0046]
The
[0047]
The
[0048]
In the second and third embodiments, the elongated X-ray irradiator has been mainly described. However, it will be described that the radiation therapy apparatus including the elongated X-ray irradiator is configured in the same manner as the first embodiment. Since it is needless to say, the same reference numerals are given to the same components and the description thereof is omitted.
[0049]
The
[0050]
The
[0051]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the elongated X-ray irradiator of the first invention of this application, X-rays are generated by the laser light in the terminal head at the end of the composite cable inserted into the body, and from the convergence window portion. Since the target site is irradiated after being converged to a predetermined size, a necessary dose of X-rays can be generated in the immediate vicinity of the affected area, and the affected area can be efficiently irradiated without being attenuated. It is extremely inexpensive and safe, and a very remarkable effect is obtained that even a deep part of the body or an elderly person can use it with little burden on the body.
[0052]
Even in the extrapolated elongated X-ray irradiator, X-rays are generated by the terminal head outside the body, and the X-rays are sent into the body through the X-ray transmission tube to irradiate the affected area. The same effect as that of the present invention can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a radiotherapy apparatus including an elongated X-ray irradiator (interpolation type) according to a first embodiment.
Fig. 2 Cross section of composite cable
FIG. 3 is an enlarged sectional view of a terminal head.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a partial modification of the terminal head ((a) elliptical focus type, (b) non-converging type).
FIG. 5 is an overall schematic configuration diagram of a radiotherapy apparatus including a modification of a laser light transmission path.
FIG. 6A is an overall schematic configuration diagram of a radiotherapy apparatus including an elongated X-ray irradiator (extrapolation type) according to a second embodiment.
FIG. 6B is an overall schematic configuration diagram of a radiotherapy apparatus including the elongated X-ray irradiator (extrapolation type) according to the third embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Laser generation unit
2 Vacuum pump unit
3 Lamp unit
4 Photoelectric conversion unit
5 Cooling pump unit
6 Operating means
7a Image display
10 Slender X-ray irradiation tool
11 Composite cable
12 Terminal head
13 Casing
14 Vacuum chamber
15 Condensing means
16 Target material
17 Convergence window
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