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WO2008031853A1 - Diffusor-spitze zur homogenen strahlungsverteilung von niederenergetischer röntgenstrahlung in einem medium - Google Patents

Diffusor-spitze zur homogenen strahlungsverteilung von niederenergetischer röntgenstrahlung in einem medium Download PDF

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Publication number
WO2008031853A1
WO2008031853A1 PCT/EP2007/059595 EP2007059595W WO2008031853A1 WO 2008031853 A1 WO2008031853 A1 WO 2008031853A1 EP 2007059595 W EP2007059595 W EP 2007059595W WO 2008031853 A1 WO2008031853 A1 WO 2008031853A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation
ray
scattering
target volume
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2007/059595
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hansjörg ALBRECHT
Hans-Joachim Cappius
Tilmann HÄUPL
Michael Haschke
Frank Wacker
Jürgen BEUTHAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Laser und Medizin Technologie GmbH
Original Assignee
Laser und Medizin Technologie GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Laser und Medizin Technologie GmbH filed Critical Laser und Medizin Technologie GmbH
Priority to DE112007002080T priority Critical patent/DE112007002080A5/de
Publication of WO2008031853A1 publication Critical patent/WO2008031853A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • A61N5/1001—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy using radiation sources introduced into or applied onto the body; brachytherapy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/16—Vessels
    • H01J2235/163—Vessels shaped for a particular application
    • H01J2235/164—Small cross-section, e.g. for entering in a body cavity

Definitions

  • Diffuser tip for homogeneous radiation distribution of low-energy X-radiation in a medium
  • the invention relates to a device for the most uniform possible irradiation of the environment of an applicator introduced into a body with X-radiation.
  • the invention relates to a method for the most uniform possible irradiation of the environment of an applicator introduced into a body with X-radiation.
  • the irradiation of malignant changes in the body is an established method for the treatment of space-occupying processes.
  • the radiation beyond the biocompatibility of the target volume is carried out by introducing encapsulated radionuclides into the target volume or by means of radiation sources from outside the body.
  • An advantage of introducing encapsulated radionuclides is the homogenous radiation delivery around the capsule, whereby the healthy tissue lying outside the target volume can be spared with appropriate arrangement.
  • Disadvantageous in the introduction of radionuclides is the required shielding of the radiation in advance of the introduction and during transport, since the radionuclides are continuously active in radiation. Also, depending on local legislation, special permits are required to take precautionary measures and to ensure special waste disposal.
  • the decay of the radionuclide which indeed generates the effective radiation, is time-dependent and thus makes the dosimetry of the applied radiation quantity in the volume more difficult. Dosimetry ensures that radiation is above the biologically tolerated level only within the predefined target volume and that the surrounding healthy tissue is not irreparably damaged.
  • Radiation sources outside the body such as linear accelerators or X-ray sources have the advantage that radiation is emitted only when it is switched on, but the great disadvantage of damaging healthy tissue lying between the radiation source and target volume until the radiation reaches the target volume and damages it as intended. This limits the number of irradiations due to the tolerance of the irradiated, healthy tissue.
  • the solution according to the invention is intended to distribute low-energy X-ray radiation as homogeneously as possible in a target volume.
  • WO 2005/120201 describes a possibility of deflecting the radiation at the distal end of a tubular device which essentially produces a beam lobe which is out of alignment with the tubular device - A -
  • the uncertainty in the irradiation is that close to the device in discrete directions perpendicular to the beam directed onto the device, a high intensity, but distant from the device and at the edges of the beam beam, an expiring damage zone, which is highly dependent on the externally applied radiation amount and energy has.
  • the secure detection of a target volume can therefore only be done by multiple applications from different sides of the target volume.
  • a device is preferably provided in the form of a scattering body or diffuser which transmits or defines an X-ray scattering substance or a substance mixture in the form of small X-ray deflecting particles (scattering particles) in a X-ray transmissive X-ray weakening matrix comprises or contains, wherein the substance or the substance mixture is preferably evenly distributed, so that a rotationally symmetric radiation distribution about the axis of this scattering body (diffuser) directed X-radiation takes place.
  • a continuation of the inventive idea is the use of X-ray-fluorescent particles instead of or mixed with the above-mentioned scattering particles.
  • the use of X-ray radiation which is strongly absorbed in the scattering body is also made possible by the introduction of the body into the body through, for example, a tubular device and the subsequent scattering in the scattering body far from the surface, without taking into account other boundary conditions such as heat generation or radiation outside Target volume of lying body elements have to take.
  • the parameters of the x-ray source, in an x-ray tube for example, acceleration voltage, tube current, anode material, filters and collimators, it is possible to adapt the radiation to the size of the target volume. Since the scattering body thus itself forms a radiation source which can be brought directly to the target volume and is not removed from the target volume, there is no damage to surrounding tissue.
  • An accurate dose distribution is precisely predictable and, when using low-energy X-ray radiation on the human and animal body, has a steep dose edge drop compared to other established types of radiation.
  • the method can be used without any effect restriction in the vicinity of radiation-sensitive structures.
  • the application is thereby simplified compared to other radiosurgical methods and the dose planning and the therapy control can be carried out with the conventional imaging methods according to the prior art (ultrasound, magnetic resonance tomography, computed tomography, etc.).
  • the application is not explicitly limited to the radiosurgical application, but open z. Also for illumination purposes (for example X-ray film exposure, X-ray radiation via fluorescence into optical radiation) or other desired interaction mechanisms of ionizing radiation, even outside the application to the human or animal body.
  • illumination purposes for example X-ray film exposure, X-ray radiation via fluorescence into optical radiation
  • other desired interaction mechanisms of ionizing radiation even outside the application to the human or animal body.
  • the X-ray radiation from external sources can be conducted into the body virtually loss-free by means of a percutaneously placed X-ray waveguide.
  • X-ray light guides are capillary structures in which the X-ray radiation is passed on by multiple total reflection. This process is common to normal optical fibers. parable. However, the air is passed on to reduce absorption. Furthermore, the critical angles for the total reflection of X-rays are extremely small, so that only small curvatures of the X-ray fibers are possible.
  • X-ray fibers are made of glass, the inner diameters of the capillaries are in the ⁇ m range. They can be summarized in bundles. By shaping the bundles in the entrance area, it is possible to detect a large solid angle of the radiation emitted by the tube and to form a parallel x-ray beam therefrom.
  • the X-ray light guides can be embedded in metal cannulas and thus have sufficient stability for percutaneous application to human and animal bodies.
  • stainless steel cannulas sterilization of the cannulas is possible by known methods, which would allow multiple use of the X-ray fibers.
  • the capillaries can be closed off by radiolucent windows, which prevent bodily fluids from entering the capillaries. Diffusers of the invention placed on the cannulas (diffuser tips I scatterers) can be used for the isotropic distribution of the radiation.
  • the geometry of the scattering body described above can be adapted so that a uniform radiation emission occurs over the length.
  • the concentration of the particles in the scattering body can vary along the axis of the x-radiation irradiated onto the scattering body.
  • a variation of the particle type along the axis of the X-ray radiation irradiated onto the scattering body can also be provided for beam shaping.
  • the total length of the diffuser the choice of materials or mixtures of materials for particles, for matrix and for a limiting body conceivable around the diffuser, the particle concentration and the matrix properties can be used to determine how much X-radiation the diffuser faces laterally and in the direction of the diffuser X-ray radiation leaves and thus the radiation distribution around the diffuser are predetermined.
  • the scattering body has a tapered bore tapering distally with respect to the X-ray beam directed towards the diffuser during operation, whereby X-rays impinging on the cone are deflected laterally out of the beam axis by total reflection.
  • this deflected radiation can also be scattered by a diffuser located outside the conical bore.
  • the cone may be lined with a sheet of high refractive index radiation material to reduce the steepness of the cone bore.
  • a structure or a material can also be applied to the surface of the conical bore by deposition processes (crystal lattice, single or multiple coating, or the like) for diffracting X-ray radiation.
  • the target volume is supplied in a suitable manner to substances or substance mixtures which scatter a low-energy radiation introduced into the body via a tubular device or convert it into low-energy radiation by X-ray fluorescence.
  • Low-energy radiation-scattering substances or particles achieve an increase in intensity at the radiation source-oriented interface between non-enriched and enriched with such substances areas by remission, which can be exploited for the achievement of a predetermined radiation dose in the target volume.
  • Fig. 1 a first exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a third, exemplary embodiment of the invention
  • Fig. 5 a fifth exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows an x-ray beam (1) originating from an external source, which is low-energy and is guided into the body via suitable devices and is scattered in different directions via a diffuser body (2).
  • the scattered X-rays (3) - here only some are shown by way of example - are distributed isotropically in the target volume by multiple scattering or conversion by fluorescence or both mechanisms.
  • Fig. 2 shows a similar configuration as Fig. 1, wherein the scattering body (4) is geometrically shaped differently - here as an example as a truncated cone - and thereby the X-rays (1) for a material-dependent mean free path between two scattering events more scattering body offers.
  • FIG. 3 shows a geometric change of the scattering body
  • the X-radiation (1) is directed to a conical bore and as a result total reflection occurs at the surface, causing beam deflection.
  • the radiation is passed through a scattering body (5), which the radiation scatters or converts by fluorescence into lower energy radiation, which then emerges as scattered radiation (3) in the target volume.
  • FIG. 4 shows a diffuser constructed of different compositions, which for the drawing is composed of blocks of different composition (6, 7, 8). A gradual transition between the materials compositions is also in accordance with the invention.
  • a scattering body (6) with a substance mixture with a high proportion of X-ray fluorescence generating material is followed by a scattering body (7) with a low scattering concentration and closed by a scattering body (8) with a high scattering body concentration shown.
  • the radiation is differently influenced and delivered to the surrounding target volume as scattered radiation (3).
  • the shape of the isodose lines is predictable through the design and choice of material composition.
  • Fig. 5 shows another embodiment of the scattering or X-ray fluorescent substances.
  • the radiation which is either low energy and then passes through an exit window (10) without significant interference, or optionally higher energy and is converted via a fluorescent target in low-energy X-radiation (1) is directed to the target volume.
  • the radiation components (3) not absorbed in the target volume are scattered and redirected to the target volume, or X-ray-fluorescing and the radiation is converted into still therapeutically-biologically effective X-radiation.
  • This enhancement effect increases the dose in the target area and reduces the risk of damage to the blood vessel.
  • the Aufsurgiti- tion of the target volume with said substance in order to achieve the enhancement effect via an increase in intensity by this saturation with scattering material.

Landscapes

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Abstract

Vorrichtung zur Bestrahlung eines Zielvolumens im Inneren eines Körpers wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, zu der Vorrichtung geleitete Strahlung gleichmäßig rotationssymmetrisch um eine Strahlungslängsrichtung von auf die Vorrichtung gerichteter Röntgenstrahlung zu streuen oder durch Röntgenfluoreszenz abzustrahlen.

Description

Diffusor-Spitze zur homogenen Strahlungsverteilung von niederenergetischer Röntgenstrahlung in einem Medium
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur möglichst gleichmäßigen Bestrahlung des Umfelds eines in einen Körper eingebrachten Applikators mit Röntgenstrahlung. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur möglichst gleichmäßigen Bestrahlung des Umfelds eines in einen Körper eingebrachten Applikators mit Röntgenstrahlung.
Stand der Technik
In der Medizin ist die Bestrahlung von malignen Veränderungen im Körper eine etablierte Methode zur Behandlung von raumfordernden Prozessen. Die über die biologische Verträglichkeit des Zielvolumens hinausgehende Bestrahlung erfolgt durch Einbringen von gekapselten Radionukliden in das Zielvolumen oder mittels Strahlenquellen von außerhalb des Körpers. Ein Vorteil des Einbringens gekapselter Radionuklide ist die homogene Strahlungsabgabe rund um die Kapsel, wodurch das außerhalb des Zielvolumens liegende gesunde Gewebe bei entsprechender Anordnung geschont werden kann. Nachteilig bei dem Einbringen von Radionukliden ist die erforderliche Abschirmung der Strahlung im Vorfeld des Einbringens und beim Transport, da die Radionuklide kontinuierlich strahlungsaktiv sind. Ebenfalls sind, jeweils abhängig von den lokalen Gesetzgebungsvorschriften, besondere Umgangsgenehmigungen erforderlich, Strahlenschutzvorkehrungen zu treffen und eine spezielle Abfallentsorgung sicherzustellen. Zusätzlich ist der Zerfall der Radionukli- de, der ja die wirksame Strahlung erzeugt, zeitabhängig und erschwert somit die Dosimetrie der applizierten Strahlungsmenge im Volumen. Die Dosimetrie stellt sicher, dass nur im vorab definierten Zielvolumen die Strahlung über dem biologisch tolerierten Wert liegt und das umgebende gesunde Gewebe nicht irreparabel geschädigt wird.
Strahlungsquellen außerhalb des Körpers, wie etwa Linearbeschleuniger oder Röntgenquellen haben den Vorteil, dass Strahlung nur in eingeschaltetem Zustand abgegeben wird, aber den großen Nachteil, gesundes, zwischen Strahlenquelle und Zielvolumen liegendes Gewebe zu schädigen, bis die Strahlung das Zielvolumen erreicht und dort bestimmungsgemäß schädigt. Hierdurch wird die Zahl der Bestrahlungen durch die Toleranz des bestrahlten, gesunden Gewebes begrenzt.
Ansätze zur Lenkung der Strahlung über rohrförmige Vorrichtungen, bzw. zur Erzeugung von Bremsstrahlung mit innerhalb des Körpers eingebrachten Vorrichtungen sind in US 5,153,900 und WO 2003/024527 beschrieben.
Ein Vorgehen zur Bestrahlung von Zielvolumen mittels teilweise in den Körper eingebrachten Vorrichtungen ist in WO 2004/1 12890 beschrieben.
Die Erzeugung von Bremsstrahlung ("Röntgenstrahlung") ist mit Wärmeentstehung verbunden, wobei die Wärmeabfuhr aus der Auftreffzone des Elektronenstrahls ein großes Problem für die Haltbarkeit der Vorrichtung und die Stabilität der Strahlung bezüglich Wellenlängenverteilung, Strahlengeometrie und Intensi- tät darstellt. Insofern sind die Ansätze aus der US 5,153,900 und daraus abgeleiteten Schutzrechtsanmeldungen nachteilig, da die Wärmeabfuhr in keiner Ausführungsform gewährleistet ist und sich nachteilig auf die Dosimetrie auswirkt. Auch ist die Wärmeabfuhr an das Gewebe um das distale Ende der Vorrichtung, die nicht notwendigerweise mit ihrem thermischen Wirkungsvolumen im Zielvolumen liegen muss, nicht immer tolerabel - etwa bei sensiblen Strukturen (Nerven, Blut- oder Lymphgefäße, o.a.).
Analog zu der diffusen optischen Verteilung von Licht rund um einen Streulich- tapplikator (vgl. DE 41 37 983.7) soll die erfindungsgemäße Lösung niederener- getische Röntgenstrahlung in einem Zielvolumen möglichst homogen verteilen.
In den vergangenen Jahren wurden einige Versuche der Entwicklung einer niedrig-energetischen Röntgenquelle in Miniaturausführung unternommen (Dinsmore M et al., Med. Phys. 1996 Jan, 23 (1 ): 45-52). Das aktuell verwendete Prinzip beruht auf der sekundären Erzeugung der Röntgenstrahlung. Dabei wird eine konventionelle Röntgenröhre zur Erzeugung der Röntgenstrahlung benutzt. Die energiereichen, in einem Kollimator gebündelt Photonen treffen in einer Hohlnadel auf ein Molybdäntarget, wechselwirken dort und wirken als quasipunktförmige material-charakteristische Röntgenstrahlquellen (Gutman G et al., Phys. Med. Biol., 49(2004): 4677-4688).
Bei der Verwendung des neuartigen Systems der Needle like Anode X-Ray Tube als Photonen-basiertes radiochirurgisches System konnte bei einer Spannung von 40 kV, einem Anodenstrom von 200 μA und einer Expositionszeit von 300 sec eine Dosis von 5 Gy erzeugt werden. Die Effekte der ionisierenden Röntgenstrahlen mit dem Tumorgewebe sind Folge der direkten Wechselwirkung mit der Materie. Für eine therapeutische Wirkung von ionisierender Strahlung in Lebergewebe benötigt man nach heutigem Stand der Technik eine Dosis von > 10 Gy im Zielvolumen.
In WO 2005/120201 ist eine Möglichkeit zur Umlenkung der Strahlung am distalen Ende einer röhrenförmigen Vorrichtung beschriebenen, die im wesentlichen eine Strahlenkeule erzeugt, die nicht fluchtend zur röhrenförmigen Vorrichtung - A -
ausgerichtet sein muss, sich aber immer auf einen kleinen Raumwinkel beschränkt. Damit besteht die Unsicherheit in der Bestrahlung darin, dass vorrichtungsnah in diskrete Richtungen senkrecht zum auf die Vorrichtung gerichteten Strahl eine hohe Intensität, aber vorrichtungsfern und an den Rändern der Strah- lenkeule eine auslaufende Schädigungszone besteht, die eine hohe Abhängigkeit von der von extern applizierten Strahlungsmenge und -energie hat. Die sichere Erfassung eines Zielvolumens kann daher nur durch mehrfache Anwendungen von unterschiedlichen Seiten des Zielvolumens erfolgen.
Erfindungsgemäße Lösung
Um das Problem einer vollständigen Durchdringung eines Zielvolumens mit einer vorbestimmten Strahlungsdosis zu lösen ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorzugsweise in Form eines Streukörpers oder Diffusors vorgesehen, die eine Röntgenstrahlung streuende Substanz oder ein Substanzgemisch in Form kleiner röntgenstrahlungsablenkender Partikel (Streupartikel) in einer röntgenstrahlungs- durchlässigen oder definiert röntgenstrahlungsschwächenden Matrix aufweist oder enthält, wobei die Substanz oder das Substanzgemisch vorzugsweise gleichmäßig verteilt ist, so dass eine rotationssymmetrische Strahlungsverteilung um die Achse von auf diesen Streukörper (Diffusor) gerichteter Röntgenstrahlung erfolgt.
Durch den Einsatz von geeigneten Streukörpern bzw. Streukörpern in Kombination mit geeigneten Fluoreszenztargets, die eine Umsetzung der primären auf das Fluoreszenztarget gerichteten Röntgenstrahlung in ein niederenergetisches Röntgenfluoreszenzspektrum bewirkt, kann eine weitgehend isotrope Verteilung der Dosis im Zielvolumen erreicht werden.
Eine Fortführung des Erfindungsgedankens ist der Einsatz röntgenfluoreszierender Partikel anstelle oder gemischt mit den o.g. Streupartikeln. Für die Röntgenfluoreszenz geeignete Elemente höherer Ordnungszahlen, z.B. Zink, Europium etc., konstituieren diese Partikel vollständig oder stellen eine äußere Schicht, bzw. Teil einer äußeren Schicht dieser röntgenfluoreszierenden Partikel dar. Auch der Einsatz von im Streukörper stark absorbierter Röntgenstrahlung wird durch die vom Streukörper selbst ungeschwächte Einleitung in den Körper über beispielsweise eine röhrenförmige Vorrichtung und die anschließende Streuung im Streukörper weit von der Oberfläche entfernt möglich, ohne dabei Rücksicht auf sonstige Randbedingungen wie Wärmeentwicklung oder Durchstrahlung außerhalb des Zielvolumens liegender Körperelemente nehmen zu müssen. Durch eine Variation der Parameter der Röntgenquelle, bei einer Röntgenröhre beispielsweise Beschleunigungsspannung, Röhrenstrom, Anodenmaterial, Filter und Kollimatoren ist eine Anpassung der Strahlung an die Größe des Zielvolu- mens möglich. Da der Streukörper somit selbst eine Strahlenquelle bildet, die unmittelbar an das Zielvolumen gebracht werden kann und nicht von dieser entfernt ist, erfolgt keine Schädigung umliegenden Gewebes. Eine genaue Dosisverteilung ist exakt vorhersagbar und weist bei Einsatz von niederenergetischer Röntgenstrahlung am menschlichen und tierischen Körper einen im Ver- gleich zu anderen, etablierten Bestrahlungsarten steilen Dosisrandabfall auf. Somit lässt sich die Methode ohne Wirkungseinschränkung auch in die Nähe von strahlensensiblen Strukturen verwenden. Die Applikation ist dadurch gegenüber anderen radiochirurgischen Verfahren vereinfacht und die Dosisplanung und die Therapiekontrolle können mit den gängigen bildgebenden Verfahren nach dem Stand der Technik (Ultraschall, Kernspintomografie, Computertomografie, etc.) erfolgen.
Die Anwendung ist nicht explizit auf die radiochirurgische Anwendung begrenzt, sondern offen z. B. auch für Beleuchtungszwecke (z.B. Röntgenfilmbelichtung, Röntgenstrahlung über Fluoreszenz in optische Strahlung) oder andere er- wünschte Wechselwirkungsmechanismen ionisierender Strahlung, auch außerhalb der Anwendung am menschlichen oder tierischen Körper.
Für eine denkbare Anwendung am menschlichen oder tierischen Körper kann die Röntgenstrahlung von externen Quellen mittels eines perkutan platzierten Rönt- genlichtleiters nahezu verlustfrei in den Körper geleitet werden. Röntgenlichtleiter sind Kapillarstrukturen in denen die Röntgenstrahlung durch mehrfache Totalreflexion weitergeleitet wird. Dieser Prozess ist den normalen Lichtleitern ver- gleichbar. Allerdings erfolgt die Weiterleitung an Luft, um die Absorption zu reduzieren. Weiterhin sind die kritischen Winkel für die Totalreflexion von Röntgenstrahlung extrem klein, so dass nur geringe Krümmungen der Röntgenlichtleiter möglich sind. Röntgenlichtleiter werden aus Glas hergestellt, die Innendurch- messer der Kapillaren sind im μm-Bereich. Sie können in Bündeln zusammenge- fasst werden. Durch eine Formung der Bündel im Eingangsbereich ist es möglich einen großen Raumwinkel der von der Röhre emittierten Strahlung zu erfassen und daraus ein paralleles Röntgenstrahlbündel zu formen.
Die Röntgenlichtleiter können in Metallkanülen eingebettet sein und haben damit eine ausreichende Stabilität für die perkutane Applikation an menschlichen und tierischen Körpern. Bei Verwendung von Edelstahlkanülen ist eine Sterilisation der Kanülen mit bekannten Methoden möglich, was eine Mehrfachnutzung der Röntgenlichtleiter ermöglichen würde. Die Kapillaren können durch strahlendurchlässige Fenster abgeschlossen werden, die ein Eindringen von Körperflüs- sigkeiten in die Kapillaren verhindern. Auf den Kanülen aufgesetzte erfindungsgemäße Diffusoren (diffusor tips I Streukörper) können für die isotrope Verteilung der Strahlung genutzt werden.
Zur weitergehenden Formung der an den Partikeln gestreuten Röntgenstrahlung kann die Geometrie des oben beschriebenen Streukörpers so angepasst sein, dass über die Länge eine gleichmäßige Strahlungsabgabe erfolgt. Ebenso kann zur Strahlformung die Konzentration der Partikel im Streukörper entlang der Achse der auf den Streukörper eingestrahlten Röntgenstrahlung variieren. Auch eine Variation der Partikelart entlang der Achse der auf den Streukörper eingestrahlten Röntgenstrahlung kann zur Strahlformung vorgesehen sein.
Weitergehend kann durch die Gesamtlänge des Diffusors, die Wahl der Materialien oder Materialienmixe für Partikel, für Matrix und für einen um den Diffusor denkbaren Begrenzungskörper, die Partikelkonzentration und die Matrixeigenschaften bestimmt werden, wie viel Röntgenstrahlung den Diffusor seitlich und in Richtung der auf diesen Diffusor gerichteten Röntgenstrahlung verlässt und damit die Strahlungsverteilung um den Diffusor vorbestimmt werden. In einer weiteren Ausführungsform weist der Streukörper eine sich bezüglich der im Betrieb auf den Diffusor gerichteten Röntgenstrahlenbündel nach distal verjüngende Kegelbohrung auf, wodurch auf den Kegel auftreffende Röntgenstrahlen durch Totalreflexion seitlich aus der Strahlachse ausgelenkt werden.
In Weiterführung des Erfindungsgedankens kann diese ausgelenkte Strahlung auch zusätzlich durch einen außerhalb der Kegelbohrung gelegenen Diffusor gestreut werden.
In Weiterführung des Erfindungsgedankens kann der Kegel mit einer Folie aus Material mit für die Strahlung hohem Brechungsindex ausgekleidet werden, um die Steilheit der Kegelbohrung zu vermindern.
In Weiterführung des Erfindungsgedankens kann auch eine Struktur oder ein Material durch Ablagerungsprozesse (Kristallgitter, einfache oder mehrfache Beschichtung, o.a.) zur Beugung von Röntgenstrahlung auf die Oberfläche der Kegelbohrung aufgebracht werden.
In einer weiteren Ausführungsform werden dem Zielvolumen Substanzen oder Substanzgemische auf geeignete Art zugeführt, die eine über eine röhrenförmige Vorrichtung in den Körper eingebrachte niederenergetische Strahlung streuen oder durch Röntgenfluoreszenz in niederenergetische Strahlung umsetzen. Niederenergetische Strahlung streuende Substanzen oder Partikel erzielen eine Intensitätsüberhöhung an der zur Strahlenquelle ausgerichteten Grenzfläche zwischen mit solchen Substanzen nicht-angereicherten und angereicherten Bereichen durch Remission, was für die Erzielung einer vorbestimmten Strahlungsdosis im Zielvolumen ausgenutzt werden kann. Die Tatsache, dass Röntgenfluoreszenz immer ein niederenergetisches Spektrum als die Anregungs- Strahlung erzeugt, gekoppelt mit der Tatsache, dass niederenergetische Strahlung von menschlichem und tierischem Gewebe besser als hochenergetische Strahlung absorbiert wird, ermöglicht also die Beeinflussung der Dosisverteilung im Zielvolumen durch die Kopplung von Strahlung mit dem Vorhandensein von Substanzen, die in den Körper eingebrachte niederenergetische Strahlung streu- en oder durch Röntgenfluoreszenz in niederenergetische Strahlung umsetzen. Beschreibung der Zeichnungen
Einige ausgewählte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen festgehalten. Diese zeigen teilweise weitere optionale und je nach Anwendung vorteilhafte Merkmale. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 : eine erste, beispielhafte Ausführungsvariante der Erfindung;
Fig. 2: eine zweite, beispielhafte Ausführungsvariante der Erfindung;
Fig. 3: eine dritte, beispielhafte Ausführungsvariante der Erfindung;
Fig. 4: eine vierte, beispielhafte Ausführungsvariante der Erfindung; und
Fig. 5: eine fünfte, beispielhafte Ausführungsvariante der Erfindung;
Fig. 1 zeigt einen aus einer externen Quelle stammenden Röntgenstrahl (1 ), der niederenergetisch ist und über geeignete Vorrichtungen in den Körper geleitet wird und über einen Streukörper (2) in verschiedenen Richtungen gestreut wird. Die gestreuten Röntgenstrahlen (3) - hier sind nur exemplarisch einige eingezeichnet - werden über Mehrfachstreuung oder Umsetzung durch Fluoreszenz oder beide Mechanismen im Zielvolumen isotrop verteilt.
Fig. 2 zeigt eine ähnliche Konfiguration wie Fig. 1 , wobei der Streukörper (4) geometrisch anders geformt ist - hier als Beispiel als Kegelstumpf - und dadurch den Röntgenstrahlen (1 ) nach einer materialabhängigen mittleren freien Weglänge zwischen zwei Streuereignissen mehr Streukörper bietet. Dadurch wird die Strahlungsverteilung der gestreuten oder durch Fluoreszenz umgesetzten Röntgenstrahlen (3) beeinflusst und liefert Möglichkeiten zur Anpassung der Isodosenlinien an das Zielvolumen.
Fig. 3 zeigt ähnlich wie Fig. 2 eine geometrische Veränderung des Streukörpers
(5), wobei jedoch die Röntgenstrahlung (1 ) auf eine Kegelbohrung gerichtet ist und hierdurch an der Oberfläche Totalreflexion auftritt, die eine Strahlablenkung bewirkt. Zusätzlich ist die Strahlung durch einen Streukörper (5) geleitet, welcher die Strahlung streut oder durch Fluoreszenz in niederenergetischere Strahlung umsetzt, die dann als Streustrahlung (3) in das Zielvolumen austritt.
Fig. 4 zeigt einen aus unterschiedlichen Zusammensetzungen aufgebauten Streukörper, der für die Zeichnung aus Blöcken unterschiedlicher Zusammenset- zung (6, 7, 8) zusammengesetzt ist. Ein gradueller Übergang zwischen den Materialienzusammensetzungen ist ebenfalls erfindungsgemäß. In dem Ausführungsbeispiel auf der Fig. 4 ist ein Streukörper (6) mit einer Substanzmischung mit hohem Anteil an Röntgenfluoreszenz erzeugendem Material, gefolgt von einem Streukörper (7) mit einer niedrigen Streuerkonzentration und abgeschlos- sen von einem Streukörper (8) mit einer hohen Streukörperkonzentration dargestellt. Die Strahlung wird verschieden beeinflusst und an das umgebende Zielvolumen als Streustrahlung (3) abgegeben. Auch hier ist die Form der Isodosenlinien durch die Gestaltung und Wahl der Materialienzusammensetzung vorherbestimmbar.
Fig. 5 zeigt eine andere Anwendungsform der streuenden oder röntgenfluoreszierenden Substanzen. Hier ist eine verlustarme Einleitung von Röntgenstrahlung in den Körper durch einen Röntgenstrahlungsleiter (9), der vor dem Zielvolumen (12), welches unmittelbar an einem Blutgefäß (1 1 ) gelegen ist, positioniert ist. Die Strahlung, die entweder niederenergetisch ist und dann durch ein Austrittsfenster (10) ohne wesentliche Beeinflussung hindurchtritt, oder wahlweise höherenergetisch und über ein Fluoreszenztarget in niederenergetische Röntgenstrahlung (1 ) umgewandelt wird, ist auf das Zielvolumen gerichtet. Durch eine in dem Blutgefäß befindliche Substanz, die röntgenstreuend wirkt, werden die nicht im Zielvolumen absorbierten Strahlungsanteile (3) gestreut und auf das Zielvolumen zu- rückgelenkt, oder aber röntgenfluoreszierend wirkt und die Strahlung in noch therapeutisch-biologisch wirksame Röntgenstrahlung umsetzt. Dieser Enhancement-Effekt bewirkt, dass die Dosis im Zielgebiet erhöht wird und die Gefahr der Schädigung des Blutgefäßes sinkt. In ähnlicher Anordnung kann erfindungsgemäß auch über einen minimal-invasiven Zugang, z.B. eine lange Kanüle, ein Depot einer solchen Substanz aus Sicht des Röntgenstrahlungsleiters hinter einem Zielvolumen angelegt werden. Ebenfalls erfindungsgemäß ist die Aufsätti- gung des Zielvolumens mit der genannten Substanz, um über eine Intensitätsüberhöhung durch diese Aufsättigung mit streuendem Material den Enhancement-Effekt zu erreichen.
Liste der Bezugszeichen
1 Röntgenstrahl aus externer Quelle
2 Streukörper / Diffusor
3 gestreute Röntgenstrahlung bzw. Röntgenfluoreszenz
4 geometrisch angepasster Streukörper (Ausführungsbeispiel)
5 mit konischer Bohrung versehener Streukörper (Ausführungsbeispiel)
6 Streukörper mit Zusammensetzung X
7 Streukörper mit Zusammensetzung Y
8 Streukörper mit Zusammensetzung Z
9 Röntgenstrahlungsleiter
10 Austrittsfenster (wahlweise auch Fluoreszenztarget)
1 1 Blutgefäß mit "Radiosensitizer"
12 Zielvolumen (Tumor)

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Bestrahlung eines Zielvolumens im Inneren eines Körpers dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ausgebildet ist, zu der Vorrichtung geleitete Strahlung gleichmäßig rotationssymmetrisch um eine Strahlungslängsrichtung von auf die Vorrichtung gerichteter Röntgenstrahlung zu streuen oder durch Röntgenfluoreszenz abzustrahlen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch geken nzeichnet, dass die
Vorrichtung zur Streuung strahlungsablenkende Partikel aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch geken nzeichnet, dass die Vorrichtung strahlungsablenkende Partikel aufweist, die Röntgenstrahlung streuen, gemischt mit fluoreszierenden Partikeln, die Röntgenfluoreszenz erzeugen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel vollständig aus röntgenstreuenden respektive röntgenfluoreszierenden Materialien oder aus einer Mischung beider Materialien zusammengesetzt sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadu rch gekennzeichnet, dass die Partikel eine äußere Schicht, oder einen Teil einer äußeren Schicht aus röntgenstreuendem respektive röntgenfluoreszierendem Material, oder aus einer Mischung beider Materialien aufweisen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Streuung genutzten Partikel in einer teilweise oder vollständig strahlungsdurchlässigen Matrix eingebettet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch geken nzeichnet, dass die Vorrichtung zur Streuung eine Kegelbohrung aufweist, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass im Betrieb der Vorrichtung eine Streuung infolge von Totalreflexion an der Kegelbohrung erfolgt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch geken nzeichnet, dass die mit einem Material mit für eine im Betrieb der Vorrichtung verwendete
Strahlung hohem Brechungsindex ausgekleidet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch geken nzeichnet, dass die Auskleidung durch ein folienartiges Material gegeben ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch geken nzeichnet, dass die Auskleidung durch Anlagerung des Materials mit hohem Brechungsindex als kristalline Schicht gebildet ist.
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch geken nzeichnet, dass die Auskleidung durch Abscheidung des Materials aus der Gasphase erfolgt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch geken nzeichnet, dass die Auskleidung durch eine Abfolge mehrerer Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex für die Strahlung gebildet ist, die so ausgebildet ist, dass sie im Betrieb eine Gitterbeugung der Strahlung bewirkt.
13. Vorrichtung zur Bestrahlung eines Zielvolumens im Inneren eines Körpers dadurch geken nzeichnet, dass die Vorrichtung eine röhrenförmige
Vorrichtung zum verlustarmen Leiten von niederenergetische Strahlung in den Körper aufweist, sowie einen am oder in der Nähe des distalen Endes der röhrenförmigen Vorrichtung angeordneten Streukörper mit einer Substanz oder einem Substanzgemisch, dass die Eigenschaft besitzt, nieder- energetische Strahlung zu streuen oder in Röntgenfluoreszenz umzusetzen.
14. Verfahren zur Bestrahlung eines Zielvolumens im Inneren eines Körpers dadurch gekennzeich net, dass niederenergetische Strahlung über eine röhrenförmige Vorrichtung verlustarm in den Körper geleitet wird und diese in einem Zielvolumen durch eine in dem Zielvolumen deponierte Substanz oder ein Substanzgemisch gestreut oder in Röntgenfluoreszenz umgesetzt wird.
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