Рентгеновская терапевтическая установка для близкофокусной рентгенотерапии, излучатель рентгеновского излучения для этой установки и рентгеновская трубка для этой установки
Полезная модель относится к области рентгенотерапии. Рентгеновская терапевтическая установка для близкофокусной рентгенотерапии применяется для лечения различных форм рака на коже и слизистых оболочках различных органов. Установка содержит рентгеновскую трубку, источник питания, пульт управления, систему охлаждения, штатив со многими степенями свободы и фиксацией в любом положении излучателя рентгеновского излучения. Установка выполнена на рентгеновской трубке с анодным напряжением до 10 кВ без системы принудительного охлаждения и в виде совмещенного пульта управления с источником питания и выносным генератором рентгеновского излучения на гибком кабеле. При этом на выносном генераторе рентгеновского излучения установлен светодиод подсвечивающий зону облучения, а также чувствительный элемент регистрирующий величину, пропорциональную дозе поглощения, а выносной генератор снабжен насадками для локализации зон облучения и ограничения побочного излучения. 3 ил.
Полезная модель относится к области рентгенотерапии и рассматривает конструкцию рентгеновской терапевтической установки для близкофокусной рентгенотерапии, применяемой для лечения различных форм рака на коже и слизистых оболочках различных органов.
Известны терапевтические рентгеновские установки, которые используются для рентгенотерапии. Они включают в себя высоковольтную рентгеновскую трубку в кожухе с источником питания, систему охлаждения трубки, пульт управления. Все эти блоки соединены между собой кабелями и шлангами различной длины. Для перемещения установки и фиксации излучения рентгеновской трубки относительно пациента используется штатив, позволяющей перемещать трубку в пространстве («Малая медицинская энциклопедия», М, «Медицинская энциклопедия», 1991-1996 гг., статья «Рентгеновские аппараты», опубликована в сети Интернет в режиме он-лайн доступа на сайте «Академик» по адресу: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_medicine/26550).
Недостатком имеющихся установок является использование охлаждаемой рентгеновской трубки с высоковольтным источником питания и системой охлаждения, большие габариты и вес всей установки до 150 кг. Все эти факторы позволяют использовать имеющиеся установки только в стационарных условиях и ограничивают возможность их широкого применения.
Кроме того в известной установке не решена проблема ограничения влияния рентгеновского излучения на те части органов пациента, которые не подвергаются лечебному воздействию. Более того, при лечение поверхностных участков тела пациента, слизистых оболочек, особенно коллоидных рубцов и послеоперационных швов не требуется рентгеновское излучение высоковольтных трубок, выше 30 кВ, которое проникает вглубь тела и может вызвать нежелательные последствия.
Известен аппарат рентгеновский терапевтический, содержащий основание, на котором закреплен штатив, выполненный из стойки, на которой закреплен блок управления источником фотонного излучения и 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 биологический объект, при этом одно из звеньев выполнено в виде четырехзвенного шарнирного параллелограмма, для обеспечения штативу девяти степеней свободы стойка выполнена телескопической с узлом фиксации выдвижного звена, средство присоединения источника фотонного излучения рентгеновского типа выполнено в виде площадки для закрепления источника фотонного излучения и выполнено с возможностью его перемещения вдоль этой площадки и фиксации в заданном положении, 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 площадкой, на стороне которой, противоположной месту размещения источника фотонного излучения, установлен противовес, при этом каждый шарнир выполнен с узлом его фиксации его элементов от проворота, источник фотонного излучения выполнен с мощностью излучения до 5 Гр/мин на расстоянии 2,5 см от конца анодной трубки до границы биологической мишени, 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. Для охлаждения анодной трубки использована вода, которая подается насосом в металлическую рубашку, охватывающую анодную трубку, и охлаждается с помощью радиатора (RU 2011102277, H05G 1/00, опубл. 27.07.2012). Принято в качестве прототипа для установки.
Недостатком данной установки является использование водяного охлаждения рентгеновской трубки, большие габариты и вес самой установки.
В US 6480568, A61N 5/1001, опубл. 11.12.2002, описан малогабаритный терапевтический источник рентгеновского излучения с оптической накачкой, работающий с незначительными дозами облучения. Устройство включает в себя термоэлектронный катод с лазерным возбуждением, зонд и лазерный источник. Зонд включает систему доставки лазерного излучения, такую как волоконно-оптический кабель, который направляет лазерный луч от лазерного источника на поверхность термокатода. Испускаемые электроны образуют пучок, который направлен на мишень, где происходит их резкое торможение и генерация рентгеновского излучения. Принято в качестве прототипа для излучателя.
В US 6324257, А61N 5/1001, Н01J 2201/342, H01J 2235/06, опубл. 27.11.2001, описана малогабаритная рентгеновской трубка, которая позволяет проводить лучевую терапию путем размещения источника рентгеновского излучения в организме человека в непосредственной близости или внутри облучаемой области. Принято в качестве прототипа для рентгеновской трубки.
Указанные решения в части рентгеновской трубки и излучателя и имеют оригинальную конструкцию, приспособленную исключительно для специальных аппаратов и не могут использоваться в общей рентгенотерапии.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в улучшении эксплуатационных показателей за счет обеспечения минимального повреждения окружающих патологический очаг здоровых тканей при проведении близкофокусной (мягкой) рентгенотерапии и в повышении удобства пользования за счет обеспечения возможности работы с выносным излучателем.
Указанный технический результат достигается тем, что рентгеновская терапевтическая установка для близкофокусной рентгенотерапии, для лечения различных форм рака на коже и слизистых оболочках различных органов, содержащая рентгеновскую трубку, источник питания, пульт управления, систему охлаждения, штатив со многими степенями свободы и фиксацией в любом положении излучателя рентгеновского излучения, выполнена на рентгеновской трубке с анодным напряжением до 10 кВ, без системы принудительного охлаждения, в виде совмещенного пульта управления с источником питания и выносным генератором рентгеновского излучения на гибком кабеле. При этом на выносном генераторе рентгеновского излучения установлен светодиод подсвечивающий зону облучения, а также чувствительный элемент регистрирующий величину, пропорциональную дозе поглощения, а выносной генератор снабжен насадками для локализации зон облучения и ограничения побочного излучения.
Указанный технический результат достигается тем, что излучатель рентгеновского излучения содержит рентгеновскую трубку пролетного типа установленную в корпусе из теплопроводящего и теплоемкого металла с конусообразным со стороны излучения анодом, этой частью закрепленным в конусообразном отверстии корпуса для обеспечения теплового контакта и отвода тепла от анода на корпус и расположенным конусообразной частью напротив конического отверстия в корпусе, малое сечение которого выполняет функцию диафрагмы для ограничения и формирования заданной диаграммы направленности рентгеновского потока, исходящего из конического отверстия, а вершина конического отверстия расположена в центре выходного окна рентгеновской трубки, при этом перед диафрагмой и анодом расположен соединенный проводами с блоком управления детектор излучения для регистрации наличия излучения и фиксации ее части, используемой для установки определенной дозы на поверхности облучения, а в пространстве между диафрагмой и выходным окном установлен соединенный проводами с блоком управления светодиод с диафрагмой для подсветки облучаемой области и ее визуализации, полость корпуса между смонтированными внутри элементами заполнена компаундом для обеспечения теплопроводности и электроизоляции.
Указанный технический результат достигается тем, что рентгеновская трубка содержит оболочку с вакуумной герметичностью и токоизоляцией, в которой размещены прямонакальный катод и анод и через которую проведены герметичные токовводы для питания от высоковольтного источника питания, прямонакальный катод выполнен совместно с фокусирующей системой, а анод размещен на ссужающейся части оболочки перед указанным катодом и у диафрагмы перед выходным окном с мишенью, нанесенной на внутреннюю поверхность выходного окна, при этом анод выполнен конусообразным и закреплен на ссужающейся конусообразной части оболочки, выполняющей функцию передачи тепла в окружающую среду для охлаждение рентгеновской трубки.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - блок-схема рентгеновской терапевтической установка для близкофокусной рентгенотерапии
фиг.2 - конструкция излучателя рентгеновского излучения;
фиг.3 - схема конструкции малогабаритной маломощной и низковольтной рентгеновской трубки.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается переносная малогабаритная терапевтическая рентгеновская установка, использующая низковольтную (до 10 кВ) рентгеновскую миниатюрную трубку малой мощности, не требующую принудительного охлаждения, и свободную от недостатков известных прототипов.
Это достигается, прежде всего, принципиальными и конструктивными решениями всей установки и непосредственно конструкцией рентгеновской трубки.
Установка рентгеновская терапевтическая предназначена для близкофокусной (мягкой) рентгенотерапии, используемой как один из методов лучевой терапии, при котором с лечебной целью используется рентгеновское излучение с энергией от 8 до 10 кВ и облучения с малых расстояний (от 0,5 до 7,5 см) поверхностно расположенных патологических процессов на коже или слизистых оболочек и некоторых неопухолевых заболеваний.
Рентгеновская терапевтическая установка для близкофокусной рентгенотерапии, используемая для лечения различных форм рака на коже и слизистых оболочках различных органов, содержит излучатель с рентгеновской трубкой, источник питания, пульт управления, отличающаяся тем, что излучатель выполнен выносным на гибком кабеле, включает в себя рентгеновскую трубку с анодным напряжением до 10 кВ с воздушным охлаждением и совмещен с пультом управления с источником питания. На излучателе установлен светодиод, подсвечивающий зону облучения, и чувствительный элемент, регистрирующий величину, пропорциональную дозе поглощения. А выносной излучатель снабжен насадками для локализации зон облучения и ограничения побочного излучения.
Для этой установки используется излучатель рентгеновского излучения, который содержит рентгеновскую трубку пролетного типа, установленную в корпусе из теплопроводящего и теплоемкого металла с конусообразным со стороны излучения анодом, этой частью закрепленным в конусообразном отверстии корпуса для обеспечения теплового контакта и отвода тепла от анода на корпус и расположенным конусообразной частью напротив конического отверстия в корпусе, малое сечение которого выполняет функцию диафрагмы для ограничения и формирования заданной диаграммы направленности рентгеновского потока, исходящего из конического отверстия. Вершина конического отверстия расположена в центре выходного окна рентгеновской трубки, а перед диафрагмой и анодом расположен соединенный проводами с блоком управления детектор излучения для регистрации наличия излучения и фиксации ее части, используемой для установки определенной дозы на поверхности облучения. В пространстве между диафрагмой и выходным окном установлен соединенный проводами с блоком управления светодиод с диафрагмой для подсветки облучаемой области и ее визуализации, полость корпуса между смонтированными внутри элементами заполнена компаундом для обеспечения теплопроводности и электроизоляции.
Провода для детектора и светодиода и высоковольтные провода питания смонтированы в едином кабеле
В этом излучателе используется маломощная низковольтная и малогабаритная рентгеновская трубка, которая содержит оболочку с вакуумной герметичностью и токоизоляцией, в которой размещены прямонакальный катод и анод и через которую проведены герметичные токовводы для питания от высоковольтного источника питания. Прямонакальный катод выполнен совместно с фокусирующей системой, а анод размещен на ссужающейся части оболочки перед указанным катодом и у диафрагмы перед выходным окном с мишенью, нанесенной на внутреннюю поверхность выходного окна. Анод выполнен конусообразным и закреплен на ссужающейся конусообразной части оболочки, выполняющей функцию передачи тепла в окружающую среду для охлаждение рентгеновской трубки.
Ниже рассматриваются конкретные примеры исполнения полезной модели.
Состав и схема соединений отдельных элементов установки приведена на фиг.1 В состав установки входит излучатель 1 рентгеновского потока, блок управления 2, блок питания 3 и кабели соединения: сетевой кабель 4, кабель соединения блока питания с блоком управления 5 и кабель 6 соединения блока управления с излучателями, рентгеновского потока. Блок управления 2 включает в себя высоковольтный источник питания 7, контроллер 8 и сенсорный индикатор 9. Кроме того в блоке управления имеются устройства включения всей установки и индикаторы включения сети и излучателя. Излучатель 1 состоит из малогабаритной маломощной рентгеновской трубки 10, детектора рентгеновского излучения 11, светодиода 12 с диафрагмой 13. Все элементы объединены общим корпусом с диафрагмой 14, ограничивающей и формирующей диаграмму рентгеновского потока.
Блок управления выполнен в виде единого устройства с общим корпусом из изолирующего материала. Конструкция излучателя рентгеновского излучения представлена на фиг.2. Корпус 15 излучателя выполнен из теплопроводящего и теплоемкого металла, например, сплава алюминия, возможно применение меди и ее сплавов. Специальная малогабаритная рентгеновская трубка 16 пролетного типа с конусообразным анодом 17 закреплена в конусообразном отверстии корпуса для обеспечения хорошего теплового контакта и отвода тепла от анода на корпус. Таким образом, достигается охлаждение трубки за счет рассеяния тепла корпусом и исключена необходимость в специальной системе охлаждения. В корпусе выполнено также коническое отверстие, малое сечение которого играет роль диафрагмы 18 ограничивающей и формирующей определенную диаграмму направленности рентгеновского потока 19. Вершина конического отверстия расположена в центре выходного окна рентгеновской трубки. Перед диафрагмой 18 и рентгеновской трубкой расположен детектор излучения 20 соединенный через кабель 21 с блоком управления (на фигурах не показан). Детектор регистрирует наличие излучения от трубки и фиксирует некоторую часть ее, которая используется для установки определенной дозы на поверхности облучения. В пространстве между диафрагмой 18 и выходным окном трубки 16 установлен светодиод 12 с диафрагмой 13. Светодиод подсвечивает облучаемую область для ее визуализации. Диафрагма 13 необходима для обеспечения максимального совпадения освещенной зоны 22 с облучаемой зоной при настройке установки. Светодиод также соединен кабелем с блоком управления. Рентгеновская трубка закреплена внутри корпуса специальным компаундом 23, имеющим одновременно хорошую теплопроводность и электроизоляцию. В кабеле 24 проложены провода 25 рентгеновского детектора и светодиода, а также высоковольтные провода питания (кабель 10) рентгеновской трубки.
На фиг.3 приведена схема конструкции специальной малогабаритной, маломощной (до 6 Вт на аноде) и низковольтной (до 10÷12 кВ) рентгеновской трубки. Отличительной особенностью этой трубки является использование оригинального прямонакального катода 26 совместно с фокусирующей системой 27 и конусообразного анода 28 с установленным выходным окном 29 с мишенью, нанесенной на его внутреннюю поверхность, установленным в диафрагме 30.
Вакуумную герметичность и токоизоляцию между катодом и анодом обеспечивает оболочка 31, через которую проведены герметичные токовводы 32 для питания рентгеновской трубки от высоковольтного источника питания. За счет развитой конусообразной поверхности анода осуществляется теплосброс и охлаждение рентгеновской трубки и исключается из состава всей установки специализированная система охлаждения.
Особенностью близкофокусного рентгеновского излучения в таком устройстве является его непрерывный энергетический спектр, в котором присутствуют кванты излучения с малыми энергиями, обычно не превышающими 10 кв.
При близкофокусной рентгенотерапии с использованием мягкого излучения оценка качества производится путем определения слоя половинной дозы (СПД) и выражается в миллиметрах толщины слоя ткани, в котором распространяется излучение. Вклад рассеянного излучения зависит от условий облучения - размеров поверхностного поля, расстояния фокус - кожа, а также энергии излучения. Лечебный эффект рентгенотерапии связан с поглощенной дозой излучения в области патологического очага. На биологические эффекты рентгенотерапии влияет характер распределения дозы облучения во времени. Дробное облучение по сравнению с однократным оказывается менее повреждающим. В этом случае лучше выявляется дифференциальная чувствительность тканей и так называемый терапевтический интервал -разница в чувствительности нормальных и патологических гистаструктур.
Для рациональной близкофокусной рентгенотерапии важно правильно использовать основные физические особенности распространения рентгеновского излучения: закон обратной пропорциональности квадрату расстояния и закономерность поглощения излучения в веществе. Последнее характеризуется линейным коэффициентом ослабления и зависит от химического состава вещества, его плотности, а также от энергии излучения. Каждая составляющая энергетического спектра при взаимодействии с данным веществом меняется по-разному. Поэтому наряду с ослаблением рентгеновского пучка изменяется и его качественный состав.
Для получения более или менее однородного направленного пучка излучения используются фильтры, поглощающие мягкие лучи. Для излучений малой энергии и ее регулирования в данной модели применимы фильтры двух видов из легких металлов (алюминий и никель толщиной 0,2-2 мм), при номинальном напряжении тока на рентгеновской трубке равным 300 мкА.
Проведению сеанса рентгенотерапии должны предшествовать:
1) точная локализация и определение размеров патологического образования и нанесение его проекции на кожу;
2) наладка рентгеновского аппарата для облучения данного больного;
3) центрация пучка излучения. Во время сеанса рентгенотерапии необходимо непрерывно следить за правильностью исполнения заданной программы облучения путем непосредственного визуального наблюдения.
Настоящая полезная модель промышленно применима и обладает положительным качеством при близкофокусной рентгенотерапии - получение положительного результата при минимальном повреждении окружающих патологический очаг здоровых тканей. При этом полезная модель позволяет получить упрощение конструкции, сокращение габаритов и веса, расширение областей применения, удобство использования и повышение безопасности эксплуатации.
1. Рентгеновская терапевтическая установка для близкофокусной рентгенотерапии, используемая для лечения различных форм рака на коже и слизистых оболочках различных органов, содержащая излучатель с рентгеновской трубкой, источник питания, пульт управления, отличающаяся тем, что излучатель выполнен выносным на гибком кабеле, включает в себя рентгеновскую трубку с анодным напряжением до 10 кВ с воздушным охлаждением и совмещен с пультом управления с источником питания, при этом на излучателе установлен светодиод, подсвечивающий зону облучения, и чувствительный элемент, регистрирующий величину, пропорциональную дозе поглощения, а выносной излучатель снабжен насадками для локализации зон облучения и ограничения побочного излучения.
2. Излучатель рентгеновского излучения, содержащий рентгеновскую трубку пролетного типа, установленную в корпусе из теплопроводящего и теплоемкого металла с конусообразным со стороны излучения анодом, этой частью закрепленным в конусообразном отверстии корпуса для обеспечения теплового контакта и отвода тепла от анода на корпус и расположенным конусообразной частью напротив конического отверстия в корпусе, малое сечение которого выполняет функцию диафрагмы для ограничения и формирования заданной диаграммы направленности рентгеновского потока, исходящего из конического отверстия, а вершина конического отверстия расположена в центре выходного окна рентгеновской трубки, при этом перед диафрагмой и анодом расположен соединенный проводами с блоком управления детектор излучения для регистрации наличия излучения и фиксации ее части, используемой для установки определенной дозы на поверхности облучения, а в пространстве между диафрагмой и выходным окном установлен соединенный проводами с блоком управления светодиод с диафрагмой для подсветки облучаемой области и ее визуализации, полость корпуса между смонтированными внутри элементами заполнена компаундом для обеспечения теплопроводности и электроизоляции.
3. Излучатель по п.2, отличающийся тем, что провода для детектора и светодиода и высоковольтные провода питания смонтированы в едином кабеле.
4. Рентгеновская трубка, содержащая оболочку с вакуумной герметичностью и токоизоляцией, в которой размещены прямонакальный катод и анод и через которую проведены герметичные токовводы для питания от высоковольтного источника питания, прямонакальный катод выполнен совместно с фокусирующей системой, а анод размещен на ссужающейся части оболочки перед указанным катодом и у диафрагмы перед выходным окном с мишенью, нанесенной на внутреннюю поверхность выходного окна, при этом анод выполнен конусообразным и закреплен на ссужающейся конусообразной части оболочки, выполняющей функцию передачи тепла в окружающую среду для охлаждения рентгеновской трубки.
