RU2712303C1 - Многофункциональный комплекс для диагностики, дистанционной стереотаксической радиохирургии и радиотерапии - Google Patents
Многофункциональный комплекс для диагностики, дистанционной стереотаксической радиохирургии и радиотерапии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2712303C1 RU2712303C1 RU2019101054A RU2019101054A RU2712303C1 RU 2712303 C1 RU2712303 C1 RU 2712303C1 RU 2019101054 A RU2019101054 A RU 2019101054A RU 2019101054 A RU2019101054 A RU 2019101054A RU 2712303 C1 RU2712303 C1 RU 2712303C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- gamma
- possibility
- tripod
- complex
- Prior art date
Links
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000002719 stereotactic radiosurgery Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 114
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 claims abstract description 38
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 claims abstract description 12
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 abstract description 5
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 15
- GUTLYIVDDKVIGB-OUBTZVSYSA-N Cobalt-60 Chemical compound [60Co] GUTLYIVDDKVIGB-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 4
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 4
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 3
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000013439 planning Methods 0.000 description 3
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 238000002638 palliative care Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000003439 radiotherapeutic effect Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000002636 symptomatic treatment Methods 0.000 description 2
- 238000011287 therapeutic dose Methods 0.000 description 2
- 208000003174 Brain Neoplasms Diseases 0.000 description 1
- 206010027476 Metastases Diseases 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000987 absorbed dose Toxicity 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000001185 bone marrow Anatomy 0.000 description 1
- 238000002512 chemotherapy Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 210000001508 eye Anatomy 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009169 immunotherapy Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000011275 oncology therapy Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000002672 stereotactic surgery Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 230000002476 tumorcidal effect Effects 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
- A61B6/03—Computed tomography [CT]
- A61B6/032—Transmission computed tomography [CT]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Pathology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Biophysics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для диагностики, дистанционной стереотаксической радиохирургии и радиотерапии любых органов человека с применением принципов томотерапии. Многофункциональный комплекс для диагностики, дистанционной стереотаксической радиохирургии и радиотерапии содержит кольцевой штатив, установленный с возможностью вращения на ±360° относительно продольной оси стола для размещения пациента, установленного с возможностью перемещения относительно изоцентра, совпадающего с геометрическим центром кольцевого штатива, размещенные на штативе радиационную головку с источником излучения, многолепестковый коллиматор, противовесы-поглотители ионизирующего излучения, компьютерный томограф, установленный так, что общая ось его излучателя и приемника выполнена перпендикулярной общей оси источника излучения и противовеса-поглотителя ионизирующего излучения, и систему управления, при этом источник излучения выполнен в виде одного высокоактивного источника гамма-излучения на основе радионуклида Со-60, многолепестковый коллиматор выполнен в виде тонких пластин, например, из вольфрама и толщиной 1 мм, с возможностью конформного отображения контура опухоли в процессе терапии, а регулятор интенсивности гамма-излучения установлен между высокоактивным источником гамма-излучения и многолепестковым коллиматором и выполнен в виде корпуса, в котором соосно и с возможностью поворота установлены, соприкасаясь торцами, два барабана, на поверхности каждого из которых выполнен клин в виде спирали. Использование изобретения позволяет повысить точность прецизионной работы в стереотаксическом режиме при возможности проведения на одном комплексе диагностики и лечения пациента с созданием необходимой конформности пучка гамма-излучения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к медицине, а именно, к радиологии, и предназначено для диагностики, дистанционной стереотаксической радиохирургии и радиотерапии любых органов человека с применением принципов томотерапии.
Принципом лучевой терапии является создание достаточной дозы в области опухоли для полного подавления ее роста при одновременно щадящем облучении окружающих тканей. В основу классификации методов лучевой терапии положено деление их по виду ионизирующего излучения: гамма-терапия, электронная терапия, адронная терапия и т.д. В нашем случае это гамма-терапия.
Известен гамма-нож Leksell Gamma Knife Icon шведской фирмы Elekta, см. www.elekta.com, предназначенный для уничтожения раковых клеток при стереотаксических операциях на головном мозге и шейном отделе позвоночника. Порядка 200 коллимированных пучков гамма-лучей малой активности от источников на основе Cobalt-60 фокусируются в одну точку (изоцентр) и инактивируют раковые клетки. Во время операции ведется «on line»-контроль за местоположением опухоли и изоцентра. Недостатком устройства является отсутствие возможности проведения диагностики и терапии любых локализаций опухоли, узкоспециализированная направленность его применения: головной мозг и шейный отдел позвоночника.
Известен российский ротационный гамма-аппарат «Агат-Р», см. www.med123.ru/luchevaya_terpiya_zlokachestvennyh_puholey/kratkaya_harakteristika_istochnikov_ioniziru/784.html, - стационарная установка для лучевой терапии и экспериментального облучения, основным элементом которого является радиационная головка с радионуклидным источником гамма-излучения Cobalt-60. Гамма-аппарат состоит из штатива, укрепленной на нем радиационной головки с источником излучения и стола-манипулятора, на котором размещается пациент. Радиационная головка изготовлена из тяжелых металлов (свинца, вольфрама, обедненного урана), эффективно ослабляющих гамма-излучение. Для перекрытия пучка излучения в конструкции радиационной головки предусмотрен затвор или транспортер, перемещающий источник излучения из положения облучения в положение хранения. При облучении источник гамма-излучения устанавливается напротив отверстия в защитном материале, служащего для выхода пучка излучения. В радиационной головке имеется диафрагма, предназначенная для формирования внешнего контура поля облучения, а также устройство для наведения пучка излучения на объект - центратор (локализатор). Конструкция штатива обеспечивает дистанционное управление пучком излучения. Аппарат ротационный с подвижным пучком излучения, что позволяет снизить лучевую нагрузку на кожу и подлежащие здоровые ткани и сконцентрировать максимум дозы в опухоли. Радиационная головка обеспечивает выпуск, определенное формирование (прямоугольное или квадратное) и ориентацию пучка гамма-излучения в рабочем режиме. Аппарат создает значительную мощность дозы на расстоянии 80 см от источника. Поглощение излучения вне заданного дозного поля обеспечивается диафрагмой специальной конструкции.
Недостатком гамма-аппарата является создание дозного поля только квадратной или прямоугольной формы, что исключает возможности формирования конформного облучения мишени, равно как и возможности создания требуемого «щадящего» режима облучения в критических к облучению органах человека.
Известен также гамма-терапевтический аппарат для дистанционного облучения Theratron Equinox см. www.theratronics.ca, состоящий из базисного блока аппарата в виде станины, на которой расположены все его элементы: несущая рама с механизмом перемещения гантри и компонентами пневмосистемы, противовес, радиационная головка и сферический коллиматор. Радиационный источник представляет собой герметичную двойную стальную капсулу, заполненную миниатюрными таблетками изотопа Cobalt-60 в количестве от 3000 до 5000 штук. Максимальная активность источника составляет до 15000 Ки. Капсула источника с помощью пневмосистемы перемещается между положениями «Хранение» и «Экспозиция» в цилиндрическом канале, расположенном внутри хранилища радиационной головки. Хранилище заключено в прочную оболочку из нержавеющей стали и имеет двухслойную структуру. Первый слой, окружающий источник в положении «Хранение», состоит из вольфрама, второй слой выполнен из свинца. Показатели радиационной защиты хранилища удовлетворяют требованиям международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ) при загрузке аппарата источником до 22000 Ки и полностью отвечает требованиям основных санитарных правил обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ) и нормам радиационной безопасности (НРБ) при зарядке аппарата источником с активностью до 15000 Ки.
Аппарат оснащен коллиматором сферического типа, состоящим из первичного вольфрамового дифайнера и двух пар раздвижных свинцовых сегментов, формирующих симметричные регулярные дозные поля квадратной или прямоугольной формы. Коллиматор вращается вокруг центральной оси в диапазоне 360°. Пределы изменения размеров радиационного поля составляют: min (0,5×0,5) см, max (35×35) см. Максимальное расхождение между центрами радиационного и светового полей составляет:
- для полей размером менее 20×20 см - не более ±2 мм,
- для полей размером более 20×20 см - менее ±1% от максимального линейного размера поля.
Оптическая система визуализации радиационного поля состоит из кварцевой галогенной лампы и пары параболических зеркал, направляющих пучок света через коллиматор и формирующих световое поле с перекрестием. Радиационная головка и маятниковый противовес закреплены на разных концах гантри аппарата. Аппарат способен осуществлять как статическое, так и динамическое облучение. В последнем режиме гантри аппарата может осуществлять секторное качание или ротационное облучение с перемещением гантри по или против часовой стрелки, при этом смещение изоцентра в пространстве допускается в объеме сферы радиусом не более 1 мм.
Недостатками известного устройства гамма-терапевтического аппарата является отсутствие возможности регулировать интенсивность облучения, необходимую при прохождении в режиме облучения критических органов пациента (легких, глаз, мозга и т.д.), а также отсутствует возможность проведения на одном аппарате «промежуточных» диагностических процедур, направленных на выявление изменений формы, размеров и местоположения опухоли в процессе проведения фракционной лучевой терапии, с целью корректировки характеристик пучка излучения (по конформности и интенсивности) перед последующей подачей дозовой фракции облучения к мишени.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков, принятым за прототип, является стереотаксическая гамма-система SGS-I китайской фирмы Шеньчжень (Shenzhen), см. www.onkocet.eu, которая предназначена для лечения любых органов тела пациента и базируется на технологии «гамма-нож» для терапии головы и гамма-системы для терапии тела («Body Gamma Ireatment System»).
Система SGS-I содержит источники излучения Cobalt-60, модуль ионизирующего излучения, хранилище источников, трехходовую кушетку, устройство определения местоположения опухоли (мишени), систему управления, систему планирования терапии (TPS), основание базового устройства в виде секторного штатива (гантри).
В системе SGS-I 18 источников излучения Cobalt-60 подразделяются на две группы: в одной - 10 источников, в другой - 8. Эти две группы источников излучения расположены веерообразно на двух смежных секторах. С помощью коллимации пучков и их наведения системой коллиматоров на изоцентр, в котором помещена мишень, посредством «закручивания» источников излучения вокруг фокуса, где сходятся пучки фотонов от всех источников, производят ротационное облучение мишени. При этом окружающие нормальные ткани, не лежащие в изоцентре, в среднем облучаются незначительно.
Система SGS-I решает вопрос облучения опухолей, локализованных в любой части тела пациента.
Недостатками прототипа являются:
- формирование установкой дозных полей только круглой формы, квантованных по размеру, что не обеспечивает конформность дозного поля, соответственно форме и размерам облучаемой опухоли, и значительно снижает качество процедуры облучения, так как определенные области опухолей сложной формы могут не попасть под облучение и не получить лечебную дозу облучения;
- облучение очагов заболевания других сложных форм и размеров на этой установке возможно только сканированием объекта облучения, в результате чего соседние здоровые ткани могут быть подвергнуты недопустимому переоблучению, а некоторые участки облучаемой мишени не получат необходимую лечебную дозу;
- диагностическая информация, необходимая для планирования терапии, требует наличия отдельной аппаратуры (КТ, МРТ и т.д.), которая, во многих случаях, находится в других помещениях клиники, что создает известные неудобства для больного и персонала.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание многофункционального комплекса, предназначенного для диагностики, дальнедистанционной стереотаксической радиохирургии и радиотерапии любых органов пациента с применением принципов томотерапии, при снижении стоимости проведения необходимых процедур для радикального, паллиативного и симптоматического лечения.
Техническими результатами при реализации заявляемого изобретения являются:
- возможность прецизионной работы комплекса, как в стереотаксическом режиме облучения мишени (например, опухоли мозга, с обеспечением высокой точности наведения пучка на опухоль (0,2 мм) для любой геометрии формы опухоли), так и возможность облучения опухоли любого органа пациента с точностью до 2,0 мм (с применением известных приемов иммобилизации тела пациента - вакуумных подушек, индивидуальных блоков, подставок, термопластичные сеток и т.п.) по отношению к геометрическому изоцентру кольцевого штатива (гантри);
- возможность проведения на одном комплексе диагностики и лечения пациента с возможностью создания необходимой конформности пучка гамма-излучения в зависимости от изменения размера, формы и места нахождения опухоли в процессе фракционной терапии;
- сведение к возможному минимуму облучение здоровых клеток организма.
Задача решается, а технические результаты достигаются за счет того, что в известном устройстве многофункционального комплекса дистанционной стереотаксической радиохирургии и радиотерапии, содержащем штатив, радиационную головку с источником гамма-излучения на основе радионуклида Cobalt-60, многолепестковый коллиматор, установленный с возможностью осуществления перемещений стол для укладки пациента, противовесы-поглотители ионизирующего излучения, систему управления комплексом, систему сигнализации, систему безопасности работы комплекса,
- источник гамма-излучения, установленный внутри радиационной головки, выполнен в виде одного высокоактивного источника гамма-излучения, что позволяет увеличить продолжительность эксплуатации комплекса до двадцати лет (без производства работ по замене источника), а также обеспечить быстрый набор суммарной очаговой дозы и, тем самым, уменьшить длительность потребного времени для лечения пациента, а, следовательно, увеличить пропускную способность (производительность) комплекса, кроме того, обеспечивается облучение любых органов тела человека с подведением необходимой лечебной дозы, как единоразово, так и фракционно. Уменьшается стоимость проведения лечебных процедур, как для радикального, так и для паллиативного и симптоматического лечений;
- многолепестковый коллиматор выполнен из вольфрама в виде тонких пластин, толщиной не более 1 мм, обеспечивая возможность конформного отображения контура опухоли, как в начале, так и в процессе терапии, что позволяет свести к минимуму дозы облучения прилежащих к опухоли нормальных тканей. Обеспечивается прецизионная работа комплекса, как в стереотаксическом режиме, так и при облучении опухоли любого органа пациента;
- штатив выполнен кольцевым и установлен с возможностью вращения на ±360° относительно продольной оси стола, который, в свою очередь, установлен с возможностью выполнения манипуляций относительно изоцентра, совпадающего с геометрическим центром кольцевого штатива, что обеспечивает возможность быстрого подведения мишени в изоцентр, а при одновременной продольной подаче стола и круговом вращении штатива - винтовую траекторию облучения (принцип томотерапии). Мишень облучается «вкруговую», с обеспечением заранее рассчитанного и заданного (согласно плана облучения) количества «окон входа-выхода» пучка излучения с обходом критических к облучению органов и тканей, чем обеспечивается «щадящий» режим облучения здоровых тканей пациента;
- дополнительно установленный встроенный в кольцевой штатив компьютерный томограф позволяет проводить в режиме «on line» диагностику хода лечения, а также сопровождение терапии по «изображениям опухоли» в режиме реального времени. На одной установке обеспечивается проведение как диагностики, так и лечения, при этом стоимость лечения понижается из-за отсутствия необходимости посещения ЛПУ, где имеются КТ и МРТ, а условия лечения для пациента становятся более комфортными;
- дополнительно установленный регулятор интенсивности гамма-излучения обеспечивает создание «щадящего» режима облучения критических к радиации органов и тканей пациента, вплоть до полного останова облучения, если необходимо;
- компьютерный томограф установлен на штативе так, что общая ось его излучателя и приемника выполнена перпендикулярной общей оси источника и противовеса-поглотителя ионизирующего излучения, что обеспечивает возможность работы компьютерного томографа и облучателя на единой установке в режиме реального времени. Пациент во время одной процедуры получает возможность совместного контроля и подведения фракционной дозы для терапии опухоли. При этом уменьшается как продолжительность лечения, так и удобство для пациента при проведении лечения;
- регулятор интенсивности гамма-излучения, установленный между источником гамма-излучения и многолепестковым коллиматором, обеспечивает посредством мониторинга (в сторону уменьшения, вплоть до «зануления») мощность подводимой к мишени дозы облучения, а также обеспечение подвода к мишени необходимой (вплоть до максимальной) мощности дозы облучения, приходящейся на единицу ее поверхности, согласно терапевтическому плану.
Комплекс - универсальное устройство для проведения диагностики, стереотаксической хирургии и терапии раковых заболеваний (радикальных, паллиативных и симптоматических), для которого характерны высокая точность, высокие дозы облучения, высокий лечебный эффект и максимально малый вред для пациента от применения лучевой терапии при удобстве, комфортности и снижении стоимости прохождения процедур.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом в виде блок-схемы, на котором изображен общий вид устройства.
Многофункциональный комплекс для диагностики, дистанционной стереотаксической радиохирургии и радиотерапии содержит кольцевой штатив (гантри) 1, радиационную головку 2 с источником гамма-излучения 3 на основе радионуклида Cobalt-60, многолепестковый коллиматор 4, установленный с возможностью перемещения стол 5 для размещения и ориентации пациента по отношению к источнику гамма-излучения 3, противовесы-поглотители 6 ионизирующего излучения, систему управления комплексом 7, систему сигнализации 8, систему безопасности работы комплекса 9. Источник гамма-излучения 3 установлен внутри радиационной головки 2 и выполнен в виде одного высокоактивного источника гамма-излучения активностью до 15 кКи. Многолепестковый коллиматор 4 выполнен с возможностью конформного отображения контура опухоли в процессе терапии посредством автономного перемещения установленных в радиационной головке 2 параллельно с двух сторон тонких пластин толщиной не более 1 мм (на фигуре не показаны) из вольфрама. Гантри 1 выполнен кольцевым и установлен с возможностью вращения на ±360° с помощью электропривода относительно продольной оси стола 5 для размещения пациента, который, в свою очередь, установлен с возможностью выполнения необходимых манипуляций с шестью степенями свободы, направленных на размещение мишени в изоцентр кольцевого штатива 1. Радиационная головка 2 и встроенные в кольцевой штатив 1 противовесы-поглотители 6 установлены на противоположных концах проходящей через центр оси А-А. Компьютерный томограф 10 выполнен встроенным в кольцевой штатив 1 и установлен так, что общая ось В-В излучателя и приемника компьютерного томографа 10 выполнена перпендикулярной общей оси А-А источника гамма-излучения 3 и противовесов-поглотителей 6 ионизирующего излучения. Регулятор интенсивности гамма-излучения 11 выполнен в виде корпуса, в котором размещены соосно, соприкасаясь торцами, два барабана, на образующих которых выполнен клин в виде спирали (на фигуре не показаны). Регулятор интенсивности гамма-излучения 11 установлен между источником гамма-излучения 3 и многолепестковым коллиматором 4. Стол 5 для укладки пациента монтируется на станине и способен осуществлять следующие перемещения: вертикальные перемещения (вверх, вниз), продольные перемещение (вперед, назад) и поперечные перемещения (влево, вправо). Все перемещения полностью автоматизированы и позволяют производить быструю и точную укладку пациента относительно изоцентра, совпадающего с геометрическим, кольцевого штатива 1.
Устройство работает следующим образом.
В нерабочем положении источник гамма-излучения 3, выполненный в самозащищенном исполнении, находится в «запертом» состоянии при полностью закрытых лепестках коллиматора 4 и регуляторе интенсивности гамма-излучения 11.
По заранее составленному на основании диагностических данных дозиметрическому плану облучения, программа системы управления комплексом 7 выдает команду на запуск электропривода, который поворотом кольцевого штатива 1 совмещает ось А-А радиационной головки 2 с начальной точкой облучения мишени, помещенной в изоцентр установки. Далее устанавливаются:
а) выбранная дозиметрическим планом форма многолепесткового коллиматора 4, конформная облучаемой мишени,
б) величина начальной мощности дозы, приходящейся на единицу облучаемой поверхности мишени, за счет работы регулятора интенсивности 11,
в) начало облучения и начало отсчета времени в первой заданной позиции облучения.
При веерном облучении формирование узкого веерного пучка излучения на комплексе обеспечивается коллиматором 4, состоящим из очень тонких вольфрамовых пластин (толщиной 1 мм), которые открываются и закрываются в автоматическом режиме, согласно заданной программе облучения. Компьютерная программа выбирает оптимальные углы облучения (0÷360°) на заданном «срезе» опухоли и после подведения соответствующей дозы источник гамма-излучения 3 перемещается по окружности в другое положение и облучение опухоли происходит уже под другим углом с одновременным изменением «окон входа-выхода» излучения. При «обходе» здоровой ткани лепестки коллиматора 4 полностью закрываются и облучение прекращается. При подходе пучка излучения к органам и тканям, «критичным» по отношению к величине интенсивности или мощности облучения, включается в автоматическом режиме, согласно плана облучения, регулятор интенсивности 11, в котором поворотом барабанов происходит изменение толщины запирающего слоя в эффективном сечении канала. Органы и ткани пациента облучаются в «щадящем» режиме. При этом по окончании времени облучения в первой позиции включается электропривод, кольцевой штатив 1 поворачивается и переводит радиационную головку 2 в следующую позицию облучения с обходом критических к облучению органов и тканей. Если для облучения мишени больших размеров необходимо поступательное движение по горизонтали (вперед, назад), его осуществляют поступательным движением стола 5, на котором находится пациент. Количество позиций облучения может быть программно задано количеством линейных (по окружности) перемещений радиационной головки 2 вместе с гантри 1 и перемещениями стола 5, который имеет шесть степеней свободы.
По окончании времени облучения в последней заданной позиции облучения многолепестковый коллиматор 4 и устройство регулятора интенсивности гамма-излучения 11 закрываются, обеспечивая тем самым надежный и безопасный режим хранения источника гамма-излучения 3, без какого-либо его перемещения «На хранение» по сравнению с прототипом.
Компьютерный томограф 10 работает периодически, перед каждым сеансом облучения, с целью уточнения и корректировки плана и сеанса облучения.
В работе многофункционального комплекса заложен принцип томотерапии за счет ротационного вращения источника гамма-излучения 3 и продольного перемещения стола 5, при возможности динамического изменения интенсивности облучения от нуля до максимума с перестройкой формы коллиматора, обеспечивающий послойное облучение структур организма и позволяющий лечить как очаги сложной формы и большой протяженности, так и множественные мелкие опухоли. Для протяженных опухолей томотерапия является, по существу, единственным и безальтернативным методом лечения. Метод томотерапии сочетается практически со всеми известными, на сегодня, методиками лечения опухолей (оперативное лечение, химиотерапия, иммунотерапия и т.д.) и является одним из основных составляющих комбинированного (сочетанного) метода лечения злокачественных новообразований.
Работа многофункционального комплекса характеризуется следующими возможностями, а именно:
1) облучение мишени по спирали, что достигается при одновременном вращении (ротации) источника ионизирующего облучения 3 Cobalt-60 и продольном перемещении лечебного стола 5 с пациентом сквозь апертуру кольцевого штатива 1,
2) формирование узкого «веерного» пучка излучения, позволяющего равномерно облучать опухоль большой протяженности посредством «охвата» пучком облучения большого дозного поля, определяемого шириной «веерного» пучка излучения и длиной хода стола 5,
3) создание большого числа «окон входа-выхода» пучка излучения на мишень за счет совместного движения стола 5 и гантри 1, что способствует уменьшению и сведению к минимуму дозной нагрузки на здоровые клетки и ткани пациента.
4) «зануление» интенсивности облучения при обходе «критических» к облучению органов и тканей пациента, т.е. реализация «IMPT-терапии» (лучевая терапия с модулированной интенсивностью),
5) на протяжении лишь одного сеанса (одной фракции) облучения охватить опухоли, рассредоточенные на больших площадях тела пациента, не затрагивая при этом критические органы и ткани пациента,
6) визуализация компьютерным томографом 10, расположенным на кольцевом штативе (гантри) 1 комплекса, как места локализации, так и формы опухоли перед каждым сеансом облучения, т.е. реализация метода «IGRT-терапии» (лучевая терапия с визуальным контролем опухоли),
7) обеспечение «замкнутого цикла» для диагностики, планирования, симуляции и подведения лечебной поглощенной дозы к опухоли и верификация радиотерапии на одном многофункциональном комплексе,
8) значительное упрощение конформной терапии (по сравнению с терапией конусными пучками излучения) без ухудшения возможностей формирования конформных дозных полей,
9) 4-х мерное представление мишени и окружающих ее смежных тканей, где четвертая временная координата рассматривается в контексте изменения указанных ранее облучаемых структур и органов в процессе реализации лечебного курса,
10) проведение лечения опухолей с применением принципов радиационной тераностики (при наличии возможностей программного обеспечения), как самой процедуры диагностики, так и лучевого лечения в оперативном «on line» режиме.
Комплекс, функционирующий с использованием принципов томотерапии, может за один сеанс процедуры облучения охватить и равномерно облучить большие опухоли (например, весь костный мозг, область множественных метастаз и т.п.), что не может выполнить обычный радиотерапевтический аппарат, который способен обработать лишь часть большой опухоли, «зонами» с возможным частичным наслоением этих «зон» друг на друга и образованием в облучаемых тканях, так называемых, «горячих зон», доза облучения в которых может превышать допустимую, «толерантную» величину, что ведет к радиационному повреждению здоровых клеток, расположенных в этой области. Кроме того, вокруг «зон» облучения образуются радиационные полутени (penumbra), дозный вклад которых трудно оценить и учесть из-за переменных «ширин» полутени, зависящих как от геометрических характеристик источника излучения и конструктивных особенностей комплекса (так называемая «геометрическая полутень»), так и от составляющих полутени, вызванных как трансмиссией начальной радиации через коллиматор (так называемая «проходящая полутень»), так и более существенная ее составляющая (так называемая «рассеянная» полутень), образующаяся от рассеяния излучения в облучаемых тканях пациента и зависящая лишь от биохимических и биофизических свойств облучаемых тканей, в которых наводятся (индуцируются) вторичные излучения, расширяющие область полутеней и трудно поддающиеся оценке и учету при составлении «дозного» плана облучения.
Во время работы комплекса происходит непрерывная работа систем сигнализации 8 и системы безопасности работы комплекса 9. В случае нештатной ситуации (например, при превышении установленного времени процедуры облучения при недостижении пучка излучения заданной точки облучения или при остановке (отказе) вращения гантри 1 или отказах системы управления комплексом 7), система безопасности работы комплекса 9 полностью «закроет» источник излучения посредством срабатывания многолепесткового коллиматора 4 и регулятора интенсивности гамма-излучения 11, выдвинет подвижный стол 5 из глубины гантри 1, обеспечив тем самым безопасность пациента. Система сигнализации 8 обеспечивает непрерывный контроль радиационной обстановки помещения, в котором установлен комплекс, и, например, в случае открытия двери помещения, прекратит рабочий режим с выдачей звуковой, световой и текстовой сигнализации о нарушениях в режиме работы комплекса.
Для проведения диагностики система управления комплексом 7 приводит в действие как вращение кольцевого гантри 1 с компьютерным томографом 10, так и поступательное движение подвижного стола 5. Во время данного режима система управления 7 обеспечивает получение необходимых данных от компьютерного томографа 10 с их программным отображением оператору комплекса.
Применение принципов компьютерной томотерапии делает возможным применение излучателя с большой начальной активностью (15 кКи) без нанесения существенного вреда нормальным клеткам и органам пациента при облучении пораженных болезнью мишеней, по причине создания в процессе облучения мишени практически неограниченного количества «окон входа-выхода» пучка излучения, обеспечивая тем самым, минимальное воздействие как на здоровые клетки тканей организма пациента, так и на «критические» к радиации органы и ткани путем их обхода (в процессе ротации) или прекращения облучения при их обходе.
После проведения радиотерапии поврежденные клетки тканей мишени, набравшие туморицидную дозу, будут инактивированы с полной потерей способности их к пролиферации и восстановлению, а нормальные клетки тканей останутся жизнеспособными. Следовательно, цели неинвазивной терапии будут достигнуты.
Благодаря использованию одного высокоэффективного источника, масса комплекса, по сравнению с прототипом, в несколько раз меньше с соответствующим снижением стоимости устройства.
Многофункциональный комплекс дистанционной стереотаксической радиохирургии и радиотерапии по заявленному техническому решению позволяет совместить возможности для выполнения диагностических, радиотерапевтических и радиохирургических процедур в стереотаксическом режиме, с возможностью подведения к опухоли конформно преобразованного пучка гамма-излучения с переменной, программно управляемой интенсивностью и флюенсом подводимой лучевой энергии.
Сравнительный анализ заявленного устройства с прототипом и аналогичными устройствами современного уровня техники показал, что в предложенном конструктивно-функциональном единстве заявленное устройство является новым.
В результате анализа научно-технической и патентной литературы установлено, что устройства для лучевой терапии с источниками ионизирующего излучения известны. Однако заявленное устройство в предложенном конструктивно-функциональном исполнении неизвестно и для специалиста явным образом не следует из современного уровня техники и, по мнению авторов, обладает новыми свойствами, не совпадающими со свойствами отличительных признаков известных технических решений и не равными сумме этих свойств.
Предложенное устройство может быть изготовлено с применением современных технологий и успешно применено в медицинской практике.
Таким образом, заявленное техническое решение является новым, имеет изобретательский уровень, может быть освоено промышленностью, т.е. соответствует критериям изобретения.
Claims (2)
1. Многофункциональный комплекс для диагностики, дистанционной стереотаксической радиохирургии и радиотерапии, содержащий кольцевой штатив, установленный с возможностью вращения на ±360° относительно продольной оси стола для размещения пациента, установленного с возможностью перемещения относительно изоцентра, совпадающего с геометрическим центром кольцевого штатива, размещенные на штативе радиационную головку с источником излучения, многолепестковый коллиматор, противовесы-поглотители ионизирующего излучения, компьютерный томограф, установленный так, что общая ось его излучателя и приемника выполнена перпендикулярной общей оси источника излучения и противовеса-поглотителя ионизирующего излучения, и систему управления, отличающийся тем, что источник излучения выполнен в виде одного высокоактивного источника гамма-излучения на основе радионуклида Со-60, многолепестковый коллиматор выполнен в виде тонких пластин, например, из вольфрама и толщиной 1 мм, с возможностью конформного отображения контура опухоли в процессе терапии, а регулятор интенсивности гамма-излучения установлен между высокоактивным источником гамма-излучения и многолепестковым коллиматором и выполнен в виде корпуса, в котором соосно и с возможностью поворота установлены, соприкасаясь торцами, два барабана, на поверхности каждого из которых выполнен клин в виде спирали.
2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что регулятор интенсивности гамма-излучения выполнен из вольфрама.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019101054A RU2712303C1 (ru) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Многофункциональный комплекс для диагностики, дистанционной стереотаксической радиохирургии и радиотерапии |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019101054A RU2712303C1 (ru) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Многофункциональный комплекс для диагностики, дистанционной стереотаксической радиохирургии и радиотерапии |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2712303C1 true RU2712303C1 (ru) | 2020-01-28 |
Family
ID=69624734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019101054A RU2712303C1 (ru) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Многофункциональный комплекс для диагностики, дистанционной стереотаксической радиохирургии и радиотерапии |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2712303C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115826455A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-03-21 | 深圳市圣爱医学科技发展有限公司 | 一种伽玛射线立体定向放射治疗***的装源控制方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120189102A1 (en) * | 2011-01-20 | 2012-07-26 | Accuray Incorporated | Ring Gantry Radiation Treatment Delivery System With Dynamically Controllable Inward Extension Of Treatment Head |
| US20130072744A1 (en) * | 2011-03-30 | 2013-03-21 | Vadim Moskvin | Multi-Leaf Collimator for Proton Beam Therapy |
| US20160361567A1 (en) * | 2015-06-12 | 2016-12-15 | Accuray Incorporated | Image-based aperture verification system for multi-leaf collimator |
| US20180154183A1 (en) * | 2016-06-22 | 2018-06-07 | Velayudhan Sahadevan | Normal Tissue Toxicity Reducing Microbeam-Broadbeam Radiotherapy, Skin's Radio-Response Immunotherapy and Mutated Molecular Apheresis Combined Cancer Treatments |
-
2019
- 2019-01-10 RU RU2019101054A patent/RU2712303C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120189102A1 (en) * | 2011-01-20 | 2012-07-26 | Accuray Incorporated | Ring Gantry Radiation Treatment Delivery System With Dynamically Controllable Inward Extension Of Treatment Head |
| US20130072744A1 (en) * | 2011-03-30 | 2013-03-21 | Vadim Moskvin | Multi-Leaf Collimator for Proton Beam Therapy |
| US20160361567A1 (en) * | 2015-06-12 | 2016-12-15 | Accuray Incorporated | Image-based aperture verification system for multi-leaf collimator |
| US20180154183A1 (en) * | 2016-06-22 | 2018-06-07 | Velayudhan Sahadevan | Normal Tissue Toxicity Reducing Microbeam-Broadbeam Radiotherapy, Skin's Radio-Response Immunotherapy and Mutated Molecular Apheresis Combined Cancer Treatments |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| И.А. Гулидов и др. Новые возможности для протонной терапии в России. Вопросы онкологии, т.62, N5, 2016. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115826455A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-03-21 | 深圳市圣爱医学科技发展有限公司 | 一种伽玛射线立体定向放射治疗***的装源控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6548665B2 (ja) | 定位式強度変調回転放射線療法の方法およびシステム | |
| US8613694B2 (en) | Method for biological modulation of radiation therapy | |
| EP3064252B1 (en) | Multipurpose radiotherapy system | |
| US7531818B2 (en) | Multiple room radiation treatment system | |
| US8519370B2 (en) | Modifying radiation beam shapes | |
| US7519149B2 (en) | Small field intensity modulated radiation therapy machine | |
| US20150352373A1 (en) | An apparatus to deliver conformal radiotherapy using external beam cobalt 60 | |
| CA2433940A1 (en) | Radiation therapy and radiation surgery treatment system and methods of use of same | |
| Huang et al. | Treatment of multiple brain metastases using stereotactic radiosurgery with single-isocenter volumetric modulated arc therapy: comparison with conventional dynamic conformal arc and static beam stereotactic radiosurgery | |
| US20140066687A1 (en) | Radiation therapy of protruding and/or conformable organs | |
| RU2712303C1 (ru) | Многофункциональный комплекс для диагностики, дистанционной стереотаксической радиохирургии и радиотерапии | |
| WO2020020265A1 (zh) | 一种基于四维单源γ刀的放射治疗*** | |
| Nabavi et al. | Stereotactic radiosurgery/radiotherapy: A historical review | |
| US10471280B2 (en) | Radiosurgery of cancers in the breast and the head using a single multi-source gamma-ray device | |
| Altundal et al. | Prostate stereotactic body radiation therapy with halcyon 2.0: treatment plans comparison based on RTOG 0938 protocol | |
| Niu et al. | Cage-like radiotherapy system for noncoplanar radiotherapy | |
| Colombo et al. | New technique for three-dimensional linear accelerator radiosurgery | |
| Titovich et al. | METHODOLOGY OF DEFINING OF THE RADIATION THERAPY COMPONENTS FOR VARIOUS METHODS OF PATIENTS’TREATING USING MEDICAL LINEAR ACCELERATORS AND GAMMA-THERAPEUTIC DEVICES | |
| Sova | Effects of Rotational Motion on Dose Coverage in Single Isocenter Multiple Target Stereotactic Radiosurgery | |
| Jayarajan et al. | BARC develops cobalt-60 teletherapy machine for cancer treatment | |
| RU2219980C2 (ru) | Устройство для лучевой терапии | |
| Colombo et al. | Linear accelerator radiosurgery of three-dimensional irregular targets | |
| Weidlich et al. | Concept for a fan-beam computed tomography image-guided radiotherapy device | |
| EP2891171A1 (en) | Radiation therapy of protruding and/or conformable organs | |
| WO2018095413A1 (zh) | 一种放射聚焦刀 |