WO1999003537A1 - Device for irradiating tissue - Google Patents

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WO1999003537A1
WO1999003537A1 PCT/EP1998/004377 EP9804377W WO9903537A1 WO 1999003537 A1 WO1999003537 A1 WO 1999003537A1 EP 9804377 W EP9804377 W EP 9804377W WO 9903537 A1 WO9903537 A1 WO 9903537A1
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ray light
tissue
light guides
radiation
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PCT/EP1998/004377
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Norbert Langhoff
Rainer Wedell
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Weimann, Martin
Schulz, Wolfgang
Nagler, Olaf
Richter, Uwe
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    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1001—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy using radiation sources introduced into or applied onto the body; brachytherapy
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    • G—PHYSICS
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    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
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    • G21K1/06—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators
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    • A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1091—Kilovoltage or orthovoltage range photons

Definitions

  • the invention relates to a device for irradiating tissue using X-ray light guides or X-ray capillary optics and can be used for medical purposes, in particular for the treatment of diseased tissue.
  • X-rays have been used for medical therapy and diagnostics with great success for decades.
  • Current international research and technical development is aimed at achieving improved methods, higher resolution, image evaluation, three-dimensional image display and reduction in radiation exposure.
  • the fact that irradiation of malignant tissue causes problems is the fact that healthy tissue is also affected to a considerable extent.
  • the task of radiation therapy is to destroy the tumor tissue as completely as possible with as little damage to the surrounding healthy tissue as possible. This means that the radiation dose required for destruction should be concentrated in the area of the tumor. Since tumors occur both on the body surface and at almost every point inside the body, a variety of radiation types and techniques have been developed, whereby the radiation of deep-lying body regions is generally only possible through the use of correspondingly hard radiation. A radiation exposure of the tissue in between is then inevitable.
  • the choice of radiation type and energy as well as the extension of the radiation field are determined by the location (depth) and the size of the tumor, whereby the penetration depth can be estimated on the basis of the tissue half-depth (GHWT) and the 10c ⁇ n% dose.
  • the afterloading technique represents a special form.
  • the empty source carriers are attached to the patient's body, and the sources are then computer-controlled via special guide tubes. drive. In this way, optimal protection against radiation for the operating personnel as well as for the patient can be guaranteed.
  • the sources can be moved by small distances in the applicator during the irradiation, as a result of which very specific dose rate distributions (isodoses) adapted to the shape of the tumor can be achieved.
  • the introduction of several spherical sources, for example, into a tubular applicator serves the same purpose.
  • the use of x-ray capillary optics in medicine is also already known.
  • the generic DE 44 11 330 AI describes an X-ray source with an optical system for the treatment of tumors.
  • the X-ray source is moved on a spherical surface with a lens or half-lens formed from individual X-ray light guides so that the tumor is always at the focal point of the beam and the healthy cells receive only a minimal dose.
  • DE 44 08 057 AI describes the use of an optical element arranged between the X-ray source and the measurement object, which element consists of a large number of very thin, hollow capillaries made of, for example, glass and / or ceramic and / or metal and / or polymers and / or poly /or Composites with a polymer matrix exist and serve as a constructive unit for irradiating the object to be examined while rotating the radiation source, optical element and receiver, around the object to be examined and shifting the entire constructive unit in the longitudinal axis and thus implementing a tomograph.
  • the invention has for its object to provide a device for irradiating tissue, which makes it possible to bring the radiation directly to the affected tissue safely and with simple means with only minimal invasive interventions or through natural body openings.
  • the particular advantage of the invention consists in using X-ray optical systems in conjunction with endoscopic devices to bring the radiation to effect directly on site by arranging at least one X-ray light guide in the insertion part of an endoscope, which is connected at its input to an X-ray source.
  • glass capillary optics designed as X-ray light guides are used in order to guide the radiation generated by an X-ray source into the target area with relatively low intensity losses without impairing healthy tissue.
  • the applied here The physical principle is the total reflection of X-ray photons on smooth surfaces. Since the success of the therapy depends on the photon energy of the radiation, it is important to coat the surfaces, eg the inner walls of glass capillaries, with heavy metals in order to obtain a larger angle of total reflection.
  • an X-ray light guide can be positioned inside such an endoscope. The actual X-ray source is completely shielded outside the body.
  • a light source with a micro-CCD camera can be used, as is customary in minimally invasive surgery.
  • oxygen is introduced into the cell tissue in a separate way or through the capillaries.
  • An additional targeted thermal heating of the tissue via an infrared conductive fiber optic cable increases the therapeutic effect.
  • a further minimization of the X-ray dose is possible by the measure of incorporating chemical compounds into the tumor cells that increase the therapeutic effect.
  • capillaries By choosing the capillary diameter and the distance from the capillary outlet to the tissue to be irradiated, areas from a fraction of a few mm 3 to several cm can be irradiated. If it is necessary to hit a larger volume, a suitably shaped diffuser can be used at the exit. With regard to the X-ray light guides themselves, monocapillaries with ⁇ 1 mm 0 and straight polycapillaries with 5 10 mm 0 are used. With capillaries
  • Borosilicate are X-rays of energy 5 30 KeV, with those from e.g. Lead glass or with a heavy-atom inner coating can be transferred up to 80 KeV.
  • the length of the X-ray light guide used is approximately 100 to 300 mm
  • X-ray light guides are suitable for short-distance and contact therapy applications, the radiation exposure can primarily be intracavitary or intraoperative, but also percutaneous (for superficial tumors). There is also a relationship to interstitial therapy, since it is also used to treat narrowly defined tumors.
  • Fig.l A schematic diagram of the endoscope coupled to a radiation source
  • Fig. 2 is a schematic cross section of the
  • Introductory part with X-ray light guide and other channels the radiation source 1 is coupled directly to the insertion part 2 of an endoscope.
  • At least one x-ray light guide 3 is arranged in the introductory part 2 and its input is connected to the radiation source 1 such that at least a part of the radiation generated by the radiation source 1 is coupled into the x-ray light guide.
  • the output of the X-ray light guide is at the puncture area of the insertion part 2.
  • the X-ray light guide (s) 3 can consist of monocapillaries or polycapillaries and can be arranged in the instrument channel and / or next to the instrument channel of the introduction part 2.
  • the radiation source 1 is a high-performance X-ray tube in the kW range, preferably with heavy-atom anode material (W, Au).
  • W, Au heavy-atom anode material
  • Spectroscopy tubes with a large focal spot are suitable for wider bundles with straight polycapillaries.
  • single capillaries with an inner diameter of a few 0.1 mm are advisable.
  • the energy dose rate available at the output of the X-ray light guide 3 is of the order of at least 30 ... 60 Gy / h, so that in the case of fractional irradiation, for example daily doses of 2 Gy can be achieved with irradiation times of the order of minutes. Because during endoscopic interventions the patient is usually conscious, a longer immobilization is hardly possible.
  • radiation source 1 and endoscope are rigidly and radiation-tightly connected to one another.
  • the x-ray tube and endoscope unit is held in a manipulator 6, which enables exact positioning, so that the same point is repeatedly hit with fractional radiation, with simultaneous visual control.
  • This optical control can, as can also be seen in FIG. 2, be carried out by further light guides 4 arranged in the introduction part 2 in cooperation with light transmitters and light receivers and / or CCD image recording components.
  • the introduction part 2 has at least one line for supplying oxygen and at least one infrared conductor (5).
  • the line for supplying oxygen can be formed by the cavities in the capillaries of the X-ray light guide 3.
  • the relatively small mass and dimensions of the X-ray device with endoscope make interesting applications during the operation (intraoperative) possible.
  • the entire X-ray device is mobile and the operating radiologist can work in the operating room. Since the radiation exit surface of the X-ray light guide 3, like the objective, comes into contact with body fluid, the endoscope is designed to be flushable (flushing stem, at the same time for aspirating body fluid).
  • the endoscope or trocar with an X-ray light guide can also be sterilized.
  • the X-ray light guide is coupled to a microscope.
  • X-ray energies are irradiated with 20 30 keV superficial tumors ⁇ 1mm thick
  • the daily dose required to destroy the tumor is about 60 ... 68 Gy for a tumor of 10 mm 0 with a fractionation of 2 Gy / day, 5 irradiations / week.
  • the dose rate must be> 1 gy / min, the corresponding isodose curve must include the tumor.
  • X-ray light guides 3 smaller tumors of 5-10 mm 0 in the above-mentioned body regions, which are accessible with a straight, rigid endoscope with axial radiation, can be treated.
  • Another one The starting point is tumors that are normally treated interstitially (with radioactive isotopes), but for which the afterloading technique cannot be used because the guide tubes cannot be fixed.
  • An example of this are carcinomas of the paranasal sinuses after the operation, and radiation in the context of neurosurgery during the procedure.
  • a sharply delimited area of a cell culture or a tissue can be irradiated with a mono- or polycapillary of, for example, 1 mm 0, and the reactions in the irradiated and adjacent area during and after the irradiation can be examined (under the microscope).
  • a mono- or polycapillary of, for example, 1 mm 0
  • the reactions in the irradiated and adjacent area during and after the irradiation can be examined (under the microscope).
  • conical capillaries which produce a concentrated bundle with a diameter in the ⁇ m range
  • components of a cell could be irradiated and the effects examined.
  • the prerequisite here is that the dose required for the biological effects can be achieved.

Abstract

The invention relates to a method for irradiating tissue using X-ray light guides or X-ray capillary optical devices which can be used for medical purpose, especially for the treatment of diseased tissue. The invention is characterized in that at least one X-ray light guide, which at its entrance is connected to a radiation source, is arranged inside the insertion part of an endoscope. To improve the positioning accuracy of the X-ray light guide exit in relation to the tissue to be irradiated a light source with a micro-CCD camera can be used, as is usual in minimally invasive surgery. To sensitize the tumour tissue oxygen is introduced through the capillaries into the cell tissue. Additional targeted heating of the tissue via an infrared-conducting fibreglass cable increases the effect of the treatment.

Description

Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe Device for irradiating tissue
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe unter Verwendung von Rontgenlichtleitern bzw. Röntgenkapillaroptiken und ist anwendbar für medizinische Zwecke, insbesondere zur Behandlung von erkranktem Gewebe.The invention relates to a device for irradiating tissue using X-ray light guides or X-ray capillary optics and can be used for medical purposes, in particular for the treatment of diseased tissue.
Röntgenstrahlen werden für die medizinische Therapie und Diagnostik seit Jahrzehnten mit großem Erfolg angewendet . Die gegenwärtige internationale Forschung und technische Entwicklung ist darauf ausgerichtet, verbesserte Methoden, höhere Auflösung, Bildauswertung, dreidimensionale Bilddarstellung und Verringerung der Strahlenbelastung zu erreichen.X-rays have been used for medical therapy and diagnostics with great success for decades. Current international research and technical development is aimed at achieving improved methods, higher resolution, image evaluation, three-dimensional image display and reduction in radiation exposure.
Insbesondere in der Röntgen-Therapie bereitet bei der Bestrahlung von bösartigem Gewebe der Umstand Probleme, daß dabei in erheblichem Umfang auch gesundes Gewebe in (Mitleidenschaft gezogen wird. Aufgabe der Strahlentherapie ist die möglichst vollständige Zerstörung des Tumorgewebes bei möglichst geringer Schädigung des umliegenden gesunden Gewebes. Das bedeutet, daß die zur Zerstörung erforderliche Strahlendosis im Bereich des Tumors konzentriert werden sollte. Da Tumoren sowohl an der Körperoberfläche als auch an nahezu jeder Stelle im Körperinneren vorkommen, ist eine Vielzahl von Bestrahlungsarten und -techniken entwickelt worden, wobei die Bestrahlung tiefliegender Körperregionen i.a. nur durch die Anwendung entsprechend harter Strahlung möglich ist . Dabei ist dann eine Strahlenbelastung des dazwischenliegenden Gewebes unvermeidlich. Die Wahl der Strahlungsart und -energie sowie die Ausdehnung des Strahlenfeldes werden durch die Lage (Tiefe) und die Größe des Tumors bestimmt, wobei die Eindringtiefe anhand der Gewebe-Halbwertstiefe (GHWT) und der 10cτn-%-Dosis abgeschätzt werden kann.In X-ray therapy in particular, the fact that irradiation of malignant tissue causes problems is the fact that healthy tissue is also affected to a considerable extent. The task of radiation therapy is to destroy the tumor tissue as completely as possible with as little damage to the surrounding healthy tissue as possible. This means that the radiation dose required for destruction should be concentrated in the area of the tumor. Since tumors occur both on the body surface and at almost every point inside the body, a variety of radiation types and techniques have been developed, whereby the radiation of deep-lying body regions is generally only possible through the use of correspondingly hard radiation. A radiation exposure of the tissue in between is then inevitable. The choice of radiation type and energy as well as the extension of the radiation field are determined by the location (depth) and the size of the tumor, whereby the penetration depth can be estimated on the basis of the tissue half-depth (GHWT) and the 10cτn% dose.
Neben der Auswahl der geeigneten Strahlungsart und -energie werden - insbesondere bei Photonenstrahlen - folgende Techniken angewandt, um dem Ziel „maximale Tumorvernichtung bei minimaler Schädigung des gesunden Gewebes " näherzukommen . - Filterung zur Strahlungshärtung geeignete Blenden und KollimatorenIn addition to the selection of the suitable radiation type and energy, the following techniques are used, in particular with photon beams, in order to come closer to the goal of "maximum tumor destruction with minimal damage to healthy tissue". - Filtering suitable apertures and collimators for radiation curing
Variation des Fokus-Haut-AbstandesVariation of the focus-skin distance
Durchstrahlung aus verschiedenen RichtungenRadiation from different directions
(Bewegung der Quelle um den Patienten) .(Movement of the source around the patient).
Eine Sonderform stellt die afterloading-Technik dar. Hierbei werden die leeren Quellenträger im Körper des Patienten angebracht, und die Quellen werden dann computergesteuert über spezielle Führungsschlauche einge- fahren. Hiermit kann zunächst optimaler Strählenschutz für das Bedienungspersonal wie auch für den Patienten gewährleistet werden. Weiterhin können die Quellen während der Bestrahlung im Applikator um kleine Distanzen bewegt werden, wodurch sich ganz bestimmte, der Tumorform angepaßte Dosisleistungsverteilungen (Isodosen) erreichen lassen. Dem gleichen Zweck dient auch die Einbringung mehrerer z.B. kugelförmiger Quellen in einen röhrenförmigen Applikator.The afterloading technique represents a special form. Here, the empty source carriers are attached to the patient's body, and the sources are then computer-controlled via special guide tubes. drive. In this way, optimal protection against radiation for the operating personnel as well as for the patient can be guaranteed. Furthermore, the sources can be moved by small distances in the applicator during the irradiation, as a result of which very specific dose rate distributions (isodoses) adapted to the shape of the tumor can be achieved. The introduction of several spherical sources, for example, into a tubular applicator serves the same purpose.
Bei einer aus der US 5 566 221 bekannten Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe wird ein Elektronenstrahl durch einen in den Körper eingeführten Katheter geleitet und trifft auf ein im Katheter angeordnetes Target, um dort in unmittelbarer Nähe des zu bestrahlenden Gewebes Röntgenstrahlung zu erzeugen.In a device for irradiating tissue known from US Pat. No. 5,566,221, an electron beam is passed through a catheter inserted into the body and strikes a target arranged in the catheter in order to generate X-rays in the immediate vicinity of the tissue to be irradiated.
Die Verwendung von Röntgenkapillaroptiken in der Medizin ist ebenfalls bereits bekannt. So beschreibt die Gattungsbildende DE 44 11 330 AI zur Behandlung von Tumoren eine Röntgenquelle mit einem optischen System.The use of x-ray capillary optics in medicine is also already known. The generic DE 44 11 330 AI describes an X-ray source with an optical system for the treatment of tumors.
Dabei wird die Röntgenquelle mit einer aus einzelnen Rontgenlichtleitern gebildeten Linse oder Halblinse auf einer kugelförmigen Oberfläche so bewegt, daß sich der Tumor immer im Brennpunkt des Strahls befindet und die gesunden Zellen nur eine Minimaldosis erhalten. Weiterhin wird in der DE 44 08 057 AI die Verwendung eines zwischen Röntgenstrahlenquelle und Meßobjekt angeordneten Optikelementes beschrieben, welches aus einer Vielzahl sehr dünner, hohler Kapillaren aus beispielsweise Glas und/oder Keramik und/oder Metall und/oder Polymeren und/oder Poly ergemischen und/oder Kompositen mit Polyτnerer Matrix besteht und zur Durchstrahlung des zu untersuchenden Objektes unter gleichzeitiger Rotation von Strahlenquelle, Optikelement und Empfänger als konstruktive Einheit, um das zu untersuchende Objekt sowie Verschiebung der gesamten konstruktiven Einheit in der Längsachse und damit Realisierung eines Tomographen dient.The X-ray source is moved on a spherical surface with a lens or half-lens formed from individual X-ray light guides so that the tumor is always at the focal point of the beam and the healthy cells receive only a minimal dose. Furthermore, DE 44 08 057 AI describes the use of an optical element arranged between the X-ray source and the measurement object, which element consists of a large number of very thin, hollow capillaries made of, for example, glass and / or ceramic and / or metal and / or polymers and / or poly /or Composites with a polymer matrix exist and serve as a constructive unit for irradiating the object to be examined while rotating the radiation source, optical element and receiver, around the object to be examined and shifting the entire constructive unit in the longitudinal axis and thus implementing a tomograph.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe zu schaffen, welche es ermöglicht, sicher und mit einfachen Mitteln die Strahlung direkt an dem erkranktem Gewebe zur Wirkung zu bringen bei nur minimalen invasiven Eingriffen bzw. durch natürliche Körperöffnungen.The invention has for its object to provide a device for irradiating tissue, which makes it possible to bring the radiation directly to the affected tissue safely and with simple means with only minimal invasive interventions or through natural body openings.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.This object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1 in conjunction with the features in the preamble. Appropriate embodiments of the invention are contained in the subclaims.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, mit röntgenoptischen Systemen in Koppelung mit endoskopischen Geräten die Strahlung direkt vor Ort zur Wirkung zu bringen, indem im Einführungsteil eines Endoskops mindestens ein Röntgenlichtleiter angeordnet ist, welcher an seinem Eingang mit einer Röntgenstrahlenquelle verbunden ist.The particular advantage of the invention consists in using X-ray optical systems in conjunction with endoscopic devices to bring the radiation to effect directly on site by arranging at least one X-ray light guide in the insertion part of an endoscope, which is connected at its input to an X-ray source.
Erfindungsgemäß werden als Röntgenlichtleiter ausgebildete Glaskapillaroptiken verwendet, um mit relativ geringen Intensitätsverlusten die von einer Röntgenquelle erzeugte Strahlung in das Zielgebiet ohne Beeinträchtigung gesunden Gewebes zu führen. Das dabei angewendete physikalische Prinzip ist die Totalreflexion von Rönt- genphotonen an glatten Oberflächen. Da der Therapieerfolg von der Photonen-Energie der Strahlung abhängt, ist es wichtig, die Oberflächen, z.B. die Innenwände von Glaskapillaren, mit schweren Metallen zu beschichten, um einen größeren Winkel der Totalreflexion zu erhalten. Unter Nutzung der bewährten Technik starrer En- doskope in der Medizin kann im Inneren eines solchen Endoskops ein Röntgenlichtleiter positioniert werden. Die eigentliche Röntgenquelle ist vollständig abgeschirmt außerhalb des Körpers angebracht. Zur Erhöhung der Positioniergenauigkeit des Röntgenlichtleiter-Ausgangs gegenüber dem zu bestrahlenden Gewebe kann, wie dies bei der minimalinvasiven Chirurgie üblich ist, eine Lichtquelle mit einer Mikro-CCD-Kamera verwendet werden. Zur Sensibilisierung des Tumorgewebes wird auf gesondertem Wege oder durch die Kapillaren Sauerstoff in das Zellgewebe eingeleitet. Eine zusätzliche gezielte thermische Erwärmung des Gewebes über ein infra- rotleitendes Glasfaserkabel steigert den Therapieeffekt.According to the invention, glass capillary optics designed as X-ray light guides are used in order to guide the radiation generated by an X-ray source into the target area with relatively low intensity losses without impairing healthy tissue. The applied here The physical principle is the total reflection of X-ray photons on smooth surfaces. Since the success of the therapy depends on the photon energy of the radiation, it is important to coat the surfaces, eg the inner walls of glass capillaries, with heavy metals in order to obtain a larger angle of total reflection. Using the proven technology of rigid endoscopes in medicine, an X-ray light guide can be positioned inside such an endoscope. The actual X-ray source is completely shielded outside the body. To increase the positioning accuracy of the X-ray light guide output in relation to the tissue to be irradiated, a light source with a micro-CCD camera can be used, as is customary in minimally invasive surgery. To sensitize the tumor tissue, oxygen is introduced into the cell tissue in a separate way or through the capillaries. An additional targeted thermal heating of the tissue via an infrared conductive fiber optic cable increases the therapeutic effect.
Eine weitere Minimierung der Röntgendosis ist durch die Maßnahme möglich, in die Tumorzellen chemische Verbindungen einzulagern, die den Therapieeffekt verstärken .A further minimization of the X-ray dose is possible by the measure of incorporating chemical compounds into the tumor cells that increase the therapeutic effect.
Durch die Wahl der Kapillardurchmesser und des Abstandes des Kapillarausgangs zum zu bestrahlenden Gewebe können Bereiche vom Bruchteil einiger mm3 bis zu mehreren cm bestrahlt werden. Falls es erforderlich ist, ein größeres Volumen zu treffen, kann am Ausgang mit einem geeignet geformten Streukörper gearbeitet werden . Bezüglich der Röntgenlichtleiter selbst werden Monokapillaren mit < 1mm 0 und gerade Polykapillaren mit 5 10 mm 0 verwendete. Mit Kapillaren ausBy choosing the capillary diameter and the distance from the capillary outlet to the tissue to be irradiated, areas from a fraction of a few mm 3 to several cm can be irradiated. If it is necessary to hit a larger volume, a suitably shaped diffuser can be used at the exit. With regard to the X-ray light guides themselves, monocapillaries with <1 mm 0 and straight polycapillaries with 5 10 mm 0 are used. With capillaries
Borsilikat sind Röntgenstrahlen der Energie 5 30 KeV, mit solchen aus z.B. Bleiglas bzw. mit schweratomiger Innenbeschichtung etwa bis 80 KeV übertragbar. Die Länge der eingesetzten Röntgenlichtleiter beträgt etwa 100 bis 300 mm, dieBorosilicate are X-rays of energy 5 30 KeV, with those from e.g. Lead glass or with a heavy-atom inner coating can be transferred up to 80 KeV. The length of the X-ray light guide used is approximately 100 to 300 mm
Transmission von Polykapillaren 10 30%. Infolge des Wirkprinzips der äußeren Totalreflexion sind die Röntgenlichtleiter im wesentlichen gerade und starr, der Strahlungsaustritt ist axial .Transmission of polycapillaries 10 30%. As a result of the principle of action of the total external reflection, the X-ray light guides are essentially straight and rigid, the radiation exit is axial.
Röntgenlichtleiter sind für Anwendungen der Kurzdistanz- und Kontaktherapie geeignet, die Strahlungseinwirkung kann vorrangig intracavitär bzw. intraoperativ, aber auch percutan (für oberflächliche Tumoren) erfolgen. Zu interstitiellen Therapie besteht ebenfalls eine Beziehung, da auch damit eng umgrenzte Tumoren behandelt werden.X-ray light guides are suitable for short-distance and contact therapy applications, the radiation exposure can primarily be intracavitary or intraoperative, but also percutaneous (for superficial tumors). There is also a relationship to interstitial therapy, since it is also used to treat narrowly defined tumors.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Es zeigen:The invention will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments shown at least in part in the figures. Show it:
Fig.l Eine Prinzipdarstellung des mit einer Strahlenquelle gekoppelten EndoskopsFig.l A schematic diagram of the endoscope coupled to a radiation source
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt desFig. 2 is a schematic cross section of the
Einführungsteiles mit Röntgenlichtleiter und weiteren Kanälen Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist die Strahlenquelle 1 direkt mit dem Einführungsteil 2 eines Endoskops gekoppelt. In dem Einführungsteil 2 ist mindestens ein Röntgenlichtleiter 3 angeordnet, welcher mit seinem Eingang mit der Strahlenquelle 1 verbunden ist derart, daß zumindest ein Teil der von der Strahlenquelle 1 erzeugte Strahlung in den Röntgenlichtleiter eingekoppelt wird.Introductory part with X-ray light guide and other channels As can be seen from FIG. 1, the radiation source 1 is coupled directly to the insertion part 2 of an endoscope. At least one x-ray light guide 3 is arranged in the introductory part 2 and its input is connected to the radiation source 1 such that at least a part of the radiation generated by the radiation source 1 is coupled into the x-ray light guide.
Der Ausgang des Rontgenlichtleiters befindet sich am Einstichbereich des Einführungsteils 2. Der bzw. die Röntgenlichtleiter 3 kann/können aus Monokapillaren oder Polykapillaren bestehen und im Instrumentenkanal und/oder neben dem Instrumentenkanal des Einführungsteils 2 angeordnet sein. Die Strahlenquelle 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Hochleistungsröntgenröhre im kW-Bereich, vorzugsweise mit schweratomigem Anodenmaterial (W, Au) . In Verbindung mit Monokapillaren bzw. schmalen Polykapillaren sind Feinstrukturröhren mit Normalfokus günstig, auch Industrie- bzw. medizinische Röntgenröhren (mit Drehanode) sind anwendbar. Für breitere Bündel mit geraden Polykapillaren sind Spektroskopieröhren mit großem Brennfleck geeignet. Um eine hohe Transmission zu erreichen, sind hier Einzelkapillaren mit Innendurchmesser von einigen 0,1 mm zweckmäßig.The output of the X-ray light guide is at the puncture area of the insertion part 2. The X-ray light guide (s) 3 can consist of monocapillaries or polycapillaries and can be arranged in the instrument channel and / or next to the instrument channel of the introduction part 2. In the present exemplary embodiment, the radiation source 1 is a high-performance X-ray tube in the kW range, preferably with heavy-atom anode material (W, Au). In connection with monocapillaries or narrow polycapillaries, fine structure tubes with normal focus are cheap, industrial or medical X-ray tubes (with rotating anode) can also be used. Spectroscopy tubes with a large focal spot are suitable for wider bundles with straight polycapillaries. In order to achieve a high transmission, single capillaries with an inner diameter of a few 0.1 mm are advisable.
Die am Ausgang des Rontgenlichtleiters 3 verfügbare Energiedosisleistung liegt in der Größenordnung von wenigstens 30 .... 60 Gy/h, damit bei fraktionierter Bestrahlung z.B. Tagesdosen von 2 Gy mit Bestrahlungszeiten in der Größenordnung von Minuten erreichbar sind. Da sich bei endoskopischen Eingriffen der Patient in der Regel bei Bewußtsein befindet, ist eine längere Ruhigstellung kaum möglich.The energy dose rate available at the output of the X-ray light guide 3 is of the order of at least 30 ... 60 Gy / h, so that in the case of fractional irradiation, for example daily doses of 2 Gy can be achieved with irradiation times of the order of minutes. Because during endoscopic interventions the patient is usually conscious, a longer immobilization is hardly possible.
Aus Gründen der Strahlengeometrie und des Strahlenschutzes sind Strahlenquelle 1 und Endoskop starr und strahlendicht miteinander verbunden. Die Einheit Röntgenröhre und Endoskop ist in einem Manipulator 6 gehaltert, der eine exakte Positionierung ermöglicht, damit bei fraktionierter Bestrahlung immer wieder die gleiche Stelle getroffen wird, unter gleichzeitiger optischer Kontrolle.For reasons of radiation geometry and radiation protection, radiation source 1 and endoscope are rigidly and radiation-tightly connected to one another. The x-ray tube and endoscope unit is held in a manipulator 6, which enables exact positioning, so that the same point is repeatedly hit with fractional radiation, with simultaneous visual control.
Diese optische Kontrolle kann, wie auch in Fig. 2 zu ersehen ist, durch weitere im Einführungsteil 2 angeordnete Lichtleiter 4 im Zusammenwirken mit Lichtsendern und Lichtempfängern und/oder CCD- Bildaufnahmebauelemente erfolgen .This optical control can, as can also be seen in FIG. 2, be carried out by further light guides 4 arranged in the introduction part 2 in cooperation with light transmitters and light receivers and / or CCD image recording components.
Um eine hohe Effektivität bei der Bestrahlung zu erreichen, ist es zweckmäßig, zusätzlich zu der Bestrahlung dem Gewebe Sauerstoff und/oder Wärme und/oder spezielle sensibilisierende chemische Verbindungen zuzuführen. Hierzu weist das Einführungsteil 2 mindestens eine Leitung zur Sauerstoff-Zuführung und mindestens einen Infrarotleiter (5) auf. Die Leitung zur SauerstoffZuführung können durch die Hohlräume der Kapillaren der Röntgenlichtleiter 3 gebildet werden.In order to achieve a high effectiveness in the irradiation, it is expedient to supply the tissue with oxygen and / or heat and / or special sensitizing chemical compounds in addition to the irradiation. For this purpose, the introduction part 2 has at least one line for supplying oxygen and at least one infrared conductor (5). The line for supplying oxygen can be formed by the cavities in the capillaries of the X-ray light guide 3.
Durch die relativ geringe Masse und Abmessungen der Röntgeneinrichtung mit Endoskop werden interessante Anwendungen während der Operation (intraoperativ) ermöglicht. Die gesamte Röntgeneinrichtung ist dazu fahrbar und der bedienende Radiologe kann mit im OP arbeiten. Da die Strahlenaustrittsflache des Rontgenlichtleiters 3 ebenso wie das Objektiv mit Körperflüssigkeit in Berührung kommt, ist das Endoskop spülbar ausgebildet (Spülschaft, gleichzeitig zum Absaugen von Körperflüssigkeit) . Das Endoskop bzw. der Trokar mit Röntgenlichtleiter ist außerdem sterilisierbar.The relatively small mass and dimensions of the X-ray device with endoscope make interesting applications during the operation (intraoperative) possible. The entire X-ray device is mobile and the operating radiologist can work in the operating room. Since the radiation exit surface of the X-ray light guide 3, like the objective, comes into contact with body fluid, the endoscope is designed to be flushable (flushing stem, at the same time for aspirating body fluid). The endoscope or trocar with an X-ray light guide can also be sterilized.
Für den Einsatz in der strahlenbiologischen und zellbiologischen Forschung (s.u.) ist der Röntgenlichtleiter mit einem Mikroskop gekoppelt.For use in radiation biological and cell biological research (see below), the X-ray light guide is coupled to a microscope.
Nachfolgend sollen noch einige spezielle Anwendungsbeispiele aufgezeigt werden.In the following, some special application examples will be shown.
Mit den mit Rontgenlichtleitern erreichbarenWith those accessible with X-ray light guides
Röntgenenergien werden mit 20 30 keV oberflächliche Tumoren mit < 1mm Dicke bestrahlt, mitX-ray energies are irradiated with 20 30 keV superficial tumors <1mm thick
50 80 keV etwa bis zu 10 mm Dicke.50 80 keV approximately up to 10 mm thick.
Die zur Tumorvernichtung erforderliche Tagesdosis beträgt für einen Tumor von 10mm 0 bei einer Fraktionierung von 2 Gy/Tag, 5 Bestrahlungen/Woche etwa 60 .... 68 Gy. Dabei muß zur sicheren Erzielung einer biologischen Wirkung die Dosisleistung > 1 gy/min betragen, die entsprechende Isodosenkurve muß den Tumor einschließen.The daily dose required to destroy the tumor is about 60 ... 68 Gy for a tumor of 10 mm 0 with a fractionation of 2 Gy / day, 5 irradiations / week. In order to achieve a biological effect, the dose rate must be> 1 gy / min, the corresponding isodose curve must include the tumor.
In den Körperregionen Haut, Kopf- und Halsbereich, Speiseröhre, männliche und weibliche Geschlechtsorgane, harnableitendes System erscheint eine Strahlentherapie erfolgversprechend.In the body regions of the skin, head and neck area, esophagus, male and female genital organs, urinary drainage system, radiation therapy appears promising.
Mit Rontgenlichtleitern 3 sind kleinere Tumoren von 5- 10mm 0 in den o.g. Körperregionen, die mit einem geraden, starren Endoskop bei axialer Ausstrahlung zugänglich sind, therapierbar . Einen weiteren Anknüpfungspunkt bilden Tumore, die normalerweise interstitiell (mit radioaktiven Isotopen) behandelt werden, bei denen aber die Afterloadingtechnik wegen nicht möglicher Fixierung der Führungsschläuche nicht angewandt werden kann. Ein Beispiel hierfür sind Karzionome der Nasennebenhöhlen nach der OP, weiterhin Bestrahlungen im Rahmen der Neurochirurgie während des Eingriffs. Möglich ist die Anwendung der Röntgenlichtleiter bei Tumoren am Auge, in der Speiseröhre, im gynäkologischen und im Rektalbereich. Als besonders interessant erscheint die Möglichkeit, Bestrahlungen intraoperativ, in die offene Operationswunde durchzuführen.With X-ray light guides 3, smaller tumors of 5-10 mm 0 in the above-mentioned body regions, which are accessible with a straight, rigid endoscope with axial radiation, can be treated. Another one The starting point is tumors that are normally treated interstitially (with radioactive isotopes), but for which the afterloading technique cannot be used because the guide tubes cannot be fixed. An example of this are carcinomas of the paranasal sinuses after the operation, and radiation in the context of neurosurgery during the procedure. It is possible to use the X-ray light guide for tumors on the eye, in the esophagus, in the gynecological and in the rectal area. The possibility of performing radiation intraoperatively in the open surgical wound appears to be particularly interesting.
Andersartige und gegebenenfalls sehr interessante weitere Anwendungsmöglichkeiten für die Röntgenlichtleiter 3 ergeben sich in der strahlenbiologischen und zellbiologischen Forschung. Mit einer Mono- oder Polykapillare von z.B. 1 mm 0 kann ein scharf umgrenzter Bereich einer Zellkultur bzw. eines Gewebes bestrahlt werden, und die Reaktionen im bestrahlten und benachbarten Bereich während und nach der Bestrahlung können untersucht werden (unter dem Mikroskop) . Mit konischen Kapillaren, die ein konzentriertes Bündel mit Durchmesser im μm-Bereich erzeugen, könnten Bestandteile einer Zelle bestrahlt und die Wirkungen untersucht werden. Voraussetzung ist hier, daß die für die biologischen Wirkungen erforderliche Dosis erreicht werden kann. BezugszeichenlisteDifferent and possibly very interesting further possible uses for the X-ray light guide 3 result in radiation biological and cell biological research. A sharply delimited area of a cell culture or a tissue can be irradiated with a mono- or polycapillary of, for example, 1 mm 0, and the reactions in the irradiated and adjacent area during and after the irradiation can be examined (under the microscope). With conical capillaries, which produce a concentrated bundle with a diameter in the μm range, components of a cell could be irradiated and the effects examined. The prerequisite here is that the dose required for the biological effects can be achieved. Reference list
StrahlenquelleRadiation source
EinführungsteilIntroductory part
RöntgenlichtleiterX-ray light guide
LichtleiterLight guide
InfrarotleiterInfrared conductor
Manipulator manipulator

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe unter Verwendung von Rontgenlichtleitern, dadurch gekennzeichnet, daß im Einführungsteil (2) eines Endoskops mindestens ein Röntgenlichtleiter (3) angeordnet ist, welcher an seinem Eingang mit einer Röntgenstrahlenquelle (1) verbunden ist.1. Device for irradiating tissue using X-ray light guides, characterized in that at least one X-ray light guide (3) is arranged in the insertion part (2) of an endoscope, which is connected at its input to an X-ray source (1).
2. Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe unter Verwendung von Rontgenlichtleitern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenlichtleiter im Instrumentenkanal und/oder neben dem Instrumentenkanal angeordnet sind.2. Device for irradiating tissue using X-ray light guides according to claim 1, characterized in that the X-ray light guides are arranged in the instrument channel and / or next to the instrument channel.
3. Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe unter Verwendung von Rontgenlichtleitern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenlichtleiter (3) aus Monokapillaren und/oder Polykapillaren bestehen.3. Device for irradiating tissue using X-ray light guides according to claim 1, characterized in that the X-ray light guides (3) consist of monocapillaries and / or polycapillaries.
4. Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe unter Verwendung von Rontgenlichtleitern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Einführungsteil zusätzlich zu dem Röntgenlichtleiter (3) weitere Lichtleiter (4) und/oder CCD-Bildaufnahmeelemente und/oder mindestens ein Infrarotleiter (5) angeordnet sind.4. Device for irradiating tissue using X-ray light guides according to claim 1, characterized in that in the insertion part in addition to the X-ray light guide (3) further light guides (4) and / or CCD image recording elements and / or at least one infrared conductor (5) are arranged.
Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe unter Verwendung von Rontgenlichtleitern nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter (4) mit Lichtquellen und Lichtempfängern verbunden sind.Device for irradiating tissue using X-ray light guides according to Claim 4, characterized in that the light guides (4) are connected to light sources and light receivers.
6. Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe unter Verwendung von Rontgenlichtleitern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Einführungsteil (2) Leitungen zur Sauerstoff-Zuführung angeordnet sind.6. Device for irradiation of tissue using X-ray light guides according to claim 1, characterized in that in the introduction part (2) lines for oxygen supply are arranged.
7. Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe unter Verwendung von Rontgenlichtleitern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen zur Sauerstoff-Zufuhr durch die Kapillaren der Röntgenlichtleiter oder andere Rohrsysteme gebildet werden.7. Device for irradiating tissue using X-ray light guides according to claim 6, characterized in that the lines for supplying oxygen are formed by the capillaries of the X-ray light guide or other pipe systems.
8. Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe unter Verwendung von Rontgenlichtleitern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endoskop und die Röntgenstrahlenquelle (1) in einem Manipulator (6) angeordnet und gehaltert sind. 8. Device for irradiating tissue using X-ray light guides according to claim 1, characterized in that the endoscope and the X-ray source (1) are arranged and held in a manipulator (6).
9. Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe unter Verwendung von Rontgenlichtleitern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren aus Borsilikatglas und/oder Bleiglas mit schweratomiger Innenbeschichtung bestehen.9. Device for irradiating tissue using X-ray light guides according to claim 3, characterized in that the capillaries consist of borosilicate glass and / or lead glass with a heavy-atom inner coating.
10. Vorrichtung zur Bestrahlung von Gewebe unter Verwendung von Rontgenlichtleitern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahlenquelle (1) eine Hochleistungsröntgenröhre ist. 10. Device for irradiating tissue using X-ray light guides according to claim 1, characterized in that the X-ray source (1) is a high-performance X-ray tube.
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