Медицинский рентгеновский аппарат
Полезная модель относится к медицине. Аппарат содержит основание, на котором закреплен звеньевой штатив, выполненный из телескопической стойки с узлом фиксации выдвижного звена, с которой связаны последовательно соединенных между собой шарнирами звенья, последнее из которых выполнено со средством присоединения источника фотонного излучения рентгеновского типа с выведенной наружу анодной трубкой для формирования рентгеновского излучения, направляемого на биологическую мишень, при этом одно из звеньев выполнено в виде четырехзвенного шарнирного параллелограмма, два диагонально расположенных шарнира которого связаны между собой упругой связью. Средство присоединения источника фотонного излучения рентгеновского типа выполнено в виде каретки для перемещения этого источника вместе с анодной трубкой относительно оси шарнира последнего звена, выдвижное звено стойки связано с первым звеном вертикальным шарниром для вращения этого звена в горизонтальном направлении, первое звено связано со звеном в виде четырехзвенного шарнирного параллелограмма вертикальным шарниром для вращения этого звена в горизонтальном направлении относительно первого звена, а третье звено связано вертикальным шарниром со звеном в виде четырехзвенного шарнирного параллелограмма и горизонтальным шарниром с указанной кареткой, а анодная трубка помещена в металлическую рубашку для сообщения полости между последней и анодной трубкой с водяной системой охлаждения и фильтром для поглощения низкого энергетического фотонного излучения. 3 ил.
Полезная модель относится к медицине, а точнее к средствам для фотонного облучения биологических объектов, в том числе для дистанционного фотонного облучения, внутриполостного облучения злокачественных опухолей, облучения ложа опухолей, а также может быть использовано в технологии фотон-захватной терапии злокачественных новообразований. Изобретение может быть использовано как в экспериментальных, так и в клинических исследованиях.
Известно, что причиной любого радиационно-индуцированного эффекта является поглощенная энергия излучения в клетках организма. В частности, при взаимодействии фотонов с атомами, входящими в состав биологической ткани, часть энергии первичного излучения преобразуется в кинетическую энергию электронов, которые и производят повреждающее действие на клетки биологической ткани. Величина радиационного эффекта монотонно возрастает с увеличением выделенной энергии в биологической ткани.
Физические процессы взаимодействия фотонов с биологической тканью хорошо известны. В диапазоне энергий фотонов существующих рентгеновских аппаратов и терапевтических гамма-установок превалирующее значение имеют процессы передачи энергии электронам в результате фотоэффекта и комптоновского рассеяния. При фотоэффекте фотон поглощается атомом и освобождается фотоэлектрон определенной энергии. Акт поглощения завершается испусканием низкоэнергетических фотонов (флуоресцентное излучение) или испусканием электронов Оже с энергией, близкой к потенциалу ионизации атома. В отличие от фотоэффекта, комптоновское рассеяние не приводит к поглощению фотона: часть энергии фотона преобразуется в кинетическую энергию электронов отдачи, а остальная часть - в энергию рассеянного фотона, который в дальнейшем может претерпевать акты поглощения. Передача энергии фотонов электронам среды определяется массовым коэффициентом поглощения энергии. Поглощенная доза рассчитывается умножением этого коэффициента на поток энергии фотонного излучения в рассматриваемой точке среды. Для проведения лечения используются фотонные излучатели.
Известен медицинский фотонный излучатель, содержащий основание, на котором закреплен штатив, выполненный из стойки, с которой связаны последовательно соединенных между собой шарнирами звенья, последнее из которых выполнено со средством присоединения источника фотонного излучателя рентгеновского типа с выведенной наружу анодной трубкой для формирования рентгеновского излучения, направляемого на биологический объект, ступенчато регулируемой мощностью 5, 10. 20 и 40 µА при напряжении от 40 до 50 кV, а так же поглощающие излучение насадки, одеваемые на анодную трубку для получения заданных параметров рентгеновского излучения в зависимости от характера биологического объекта и решаемой медицинской задачи (см. каталог «INTRABEAM ® IORT. Radiotherapy solution by Carl Zeiss», 2009 г., немецкой компании Carl Zeiss Surgical Gmbh, выложенный на официальном сайте этой компании по адресу www./zeiss.de/ragiotherapy в разделе «Targited Intraoperative Radiation Therapy (TARGIT), обнаружено в сети Интернет в режиме свободного доступа в 2009 г., копия аппарата прилагается (приложение 1).
Данное решение принято в качестве прототипа.
В этом источнике штатив включает в себя закрепленную на основании стойку, с которой горизонтальным шарниром связано первое звено (в исходном положении располагаемое горизонтально), другой конец которого горизонтальным шарниром связан со вторым звеном (в исходном положении располагаемым наклонно), другой конец которого таким же горизонтальным шарниром связан со звеном, несущим рычаг, к концу которого прикреплена площадка, несущая фотонный излучатель, выполненный в виде блока формирования излучения и вынесенной наружу на держателе анодной трубки. При этом второе звено выполнено в виде четырехзвенного параллелограмма, что позволяет расширить диапазон перемещений звеньев относительно друг друга в пространстве.
Недостаток данного аппарата в целом заключается в ограниченности перемещений анодной трубки по отношению к объекту излучения из-за применения горизонтальных шарниров, ограничивающих манипулирование положением анода в ограниченном вертикальном направлении. Аппарат, по сути, представляющий собой шарнирный рычаг с нагрузкой на конце и на большом плече выноса, уравновешивается массой основания и небольшим противовесом на выносном рычаге последнего звена. Если необходимо поменять угол приложения анода к биологическому объекту в направлении горизонта, то приходится поворачивать весь аппарат вместе с массивным основанием, что не является удобным при проведении медицинского лечения. Так как фотонный излучатель относится к рентгеновскому типу, то нахождение человека в зоне излучения противопоказано. Следовательно, для правильного направления излучения приходится несколько раз перемещать этот тяжелый по весу аппарат.
Кроме того, выносная анодная трубка не может длительно работать в виду того, что она охлаждается только воздухом окружающей среды (помещения) при том, что для проведения ряда медицинских действий требуется длительная работа системы облучения. В связи с этим на анодной трубке реализуется минимально возможное излучение, но при этом существенно увеличивается время работы с пациентом.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационных свойств за счет расширения возможности пространственного перемещения источника фотонного излучателя по отношению в месту положения биологического объекта и повышении функциональных возможностей фотонного излучателя.
Указанный технический результат достигается тем, что в медицинском рентгеновском аппарате, содержащем основание, на котором закреплен звеньевой штатив, выполненный из телескопической стойки с узлом фиксации выдвижного звена, с которой связаны последовательно соединенных между собой шарнирами звенья, последнее из которых выполнено со средством присоединения источника фотонного излучения рентгеновского типа с выведенной наружу анодной трубкой для формирования рентгеновского излучения, направляемого на биологическую мишень, при этом одно из звеньев выполнено в виде четырехзвенного шарнирного параллелограмма, два диагонально расположенных шарнира которого связаны между собой упругой связью, отличающийся тем, что средство присоединения источника фотонного излучения рентгеновского типа выполнено в виде каретки для перемещения этого источника вместе с анодной трубкой относительно оси шарнира последнего звена, выдвижное звено стойки связано с первым звеном вертикальным шарниром для вращения этого звена в горизонтальном направлении, первое звено связано со звеном в виде четырехзвенного шарнирного параллелограмма вертикальным шарниром для вращения этого звена в горизонтальном направлении относительно первого звена, а третье звено связано вертикальным шарниром со звеном в виде четырехзвенного шарнирного параллелограмма и горизонтальным шарниром с указанной кареткой, а анодная трубка помещена в металлическую рубашку для сообщения полости между последней и анодной трубкой с водяной системой охлаждения и фильтром для поглощения низкого энергетического фотонного излучения.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - кинематическая схема фотонного излучателя;
фиг.2 - фотонный излучатель в аксонометрии;
фиг.3 - положение элементов стойки в крайних положениях.
Лучевая терапия используется для рентгенотерапии злокачественных опухолей путем рентгеновского облучения опухоли. После введения в биологический объект тяжелого элемента с порядковым номером 53, 55-83 с дополнительным содержанием лиганда в виде иминодиуксусной кислоты или ее производных, или краунэфиров, или порфиринов, и водорастворимый медицинский непосредственно в опухоль проводят облучение рентгеновским излучением с энергией в диапазоне от 10 до 200 кэВ. Это позволяет увеличить дозу фотонной терапии непосредственно в ткани опухоли при одновременном снижении лучевой нагрузки на нормальные ткани (RU 2270045). При этом облучение производят фотонным излучателем рентгеновского типа.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается универсальный медицинский рентгеновский аппарат для терапевтических целей, который предназначен для применения в лучевой терапии для облучения опухоли.
Такое устройство (фиг.1 и 2) содержит основание 1 (которое прикрепляется к опорной поверхности болтами или анкерами, так как основание обладает большим весом и развитой опорной поверхностью, то оно может и не крепиться к опорной поверхности). На основании закреплен звеньевой штатив с девятью степенями свободы, включающий в себя стойку и ряд шарнирно связанных между собой звеньев в виде рычагов. Стойка выполнена телескопической, неподвижное звено 2 которой жестко прикреплено к основанию 1 а выдвижное звено 3 имеет возможность выдвигаться в вертикальном направлении. Узел фиксации выдвижного звена обеспечивает стопорение выдвижного звена на заданной высоте: этот узел может быть выполнен любой известной конструкции, например, в виде штыря, пропускаемого через сквозные отверстия в звеньях 2 и 3. На стойке закреплен блок 4 управления источником фотонного излучения 5 и световой сигнализатор 6 режимов работы фотонного излучателя (красный - производится облучение, рядом никого не должно быть, зеленый - аппарат не работает, выключен, желтый - аппарат не работает, но подключен к системе питания).
К стойке присоединены последовательно соединенных между собой шарнирами звенья, последнее из которых выполнено со средством 7 присоединения источника фотонного излучателя 5 рентгеновского типа с выведенной наружу анодной трубкой 8 для формирования рентгеновского излучения, направляемого на биологический объект (биологическую мишень), Средством присоединения источника фотонного излучения рентгеновского типа выполнено в виде площадки для закрепления источника фотонного излучателя, при этом данная площадка может быть выполнена в виде перемещаемой каретки для обеспечения возможности перемещения источника фотонного излучения вдоль этой площадки и фиксации в заданном положении. Эта площадка имеет возможность поворота вокруг горизонтальной оси, как это показано на фиг.3. Положение площадки с источником фотонного излучения фиксируется узлом фиксации типа блокиратора любого известного типа, осуществляющего стопорение элемента от его вращения вокруг вала или оси.
Особенностью настоящего штатива является то, что одно из звеньев 9 выполнено в виде четырехзвенного шарнирного параллелограмма, два диагонально расположенных шарнира которого связаны между собой упругой связью (пример такого исполнения представлен в DE 102005031494). При таком исполнении расширяются возможности позиционного положения одного конца такого звена относительно другого с использованием упругого амортизатора в качестве механизма фиксации звеньев.
Выдвижное звено 3 стойки связано с первым звеном 10 вертикальным шарниром 11 для вращения этого звена в горизонтальном направлении, первое звено 10 связано со звеном 9 в виде четырехзвенного шарнирного параллелограмма вертикальным шарниром 12 для вращения этого звена в горизонтальном направлении относительно первого звена и обеспечении перемещения в вертикальном направлении за счет складывания параллелограмма в шарнирных узлах 13 (узел горизонтального шарнира). Третье звено 14 связано вертикальным шарниром 15 со звеном 9 в виде четырехзвенного шарнирного параллелограмма и горизонтальным шарниром 16 с указанной площадкой 7. Каждый шарнир выполнен с узлом фиксации его элементов от проворота. Такой фиксатор может быть выполнен в виде вворачиваемого стопорного болта, замыкающего ось на неподвижный корпус шарнира.
На стороне площадки 7, противоположной месту размещения источника фотонного излучателя 4, установлен противовес.
Источник фотонного излучения выполнен с мощностью излучения до 5 Гр/мин на расстоянии 2,5 см от конца анодной трубки 8 до границы биологической мишени. Для обеспечения длительной работы при высоких параметрах и обеспечении неизменности параметров излучения анодная трубка 8 помещена в металлическую рубашку, которая охватывает трубку с зазором для формирования полости, сообщенной с водяной системой охлаждения. Для охлаждения анодной трубки использована вода, которая подается насосом в металлическую рубашку, охватывающую анодную трубку, и охлаждается с помощью встроенного в источник фотонного излучения радиатора. В качестве фильтра фотонного излучения используется слой воды внутри металлической рубашки.
Фотонный излучатель снабжен сменными источниками фотонного излучения с рентгеновскими трубками прострельными или с боковым выходом и с телесным углом пучка фотонов 40°. А для внутриполостного и интраоперационного облучения мишеней на рентгеновскую трубке закреплен полимерный аппликатор 17 по форме пробирки из полиимида. Набор таких трубок представляет собой поглощающие излучение насадки, одеваемые на анодную трубку для получения заданных параметров рентгеновского излучения.
Настоящая полезная модель промышленно применима, изготовлен опытный образец и проведены испытания, показавшие высокие эксплуатационные характеристики и удобство пользования при проведении облучений.
1. Медицинский рентгеновский аппарат, содержащий основание, на котором закреплен звеньевой штатив, выполненный из телескопической стойки с узлом фиксации выдвижного звена, с которой связаны последовательно соединенные между собой шарнирами звенья, последнее из которых выполнено со средством присоединения источника фотонного излучения рентгеновского типа с выведенной наружу анодной трубкой для формирования рентгеновского излучения, направляемого на биологическую мишень, при этом одно из звеньев выполнено в виде четырехзвенного шарнирного параллелограмма, два диагонально расположенных шарнира которого связаны между собой упругой связью, отличающийся тем, что средство присоединения источника фотонного излучения рентгеновского типа выполнено в виде каретки для перемещения этого источника вместе с анодной трубкой относительно оси шарнира последнего звена, выдвижное звено стойки связано с первым звеном вертикальным шарниром для вращения этого звена в горизонтальном направлении, первое звено связано со звеном в виде четырехзвенного шарнирного параллелограмма вертикальным шарниром для вращения этого звена в горизонтальном направлении относительно первого звена, а третье звено связано вертикальным шарниром со звеном в виде четырехзвенного шарнирного параллелограмма и горизонтальным шарниром с указанной кареткой, а анодная трубка помещена в металлическую рубашку для сообщения полости между последней и анодной трубкой с водяной системой охлаждения и фильтром для поглощения низкого энергетического фотонного излучения.
2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что для охлаждения анодной трубки использована вода, которая подается насосом в металлическую рубашку, охватывающую анодную трубку, и охлаждается с помощью встроенного в источник фотонного излучения радиатора.
3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в качестве фильтра фотонного излучения используется слой воды внутри металлической рубашки.
4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что для внутриполостного и интраоперационного облучения мишеней на рентгеновскую трубке закреплен полимерный аппликатор, представляющий по форме пробирку из полиимида.
