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DE102013001989A1 - Handheld Hybrid - Diagnose- und Niederenergiebestrahlungssystem - Google Patents

Handheld Hybrid - Diagnose- und Niederenergiebestrahlungssystem Download PDF

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DE102013001989A1
DE102013001989A1 DE201310001989 DE102013001989A DE102013001989A1 DE 102013001989 A1 DE102013001989 A1 DE 102013001989A1 DE 201310001989 DE201310001989 DE 201310001989 DE 102013001989 A DE102013001989 A DE 102013001989A DE 102013001989 A1 DE102013001989 A1 DE 102013001989A1
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Abstract

Bei dem System handelt es sich um ein mobiles, kleinformatiges und strahlentechnisch abgeschirmtes (1) System zur Bestrahlung von Krankheitsherden ((6) mit Gamma- oder Röntgenstrahlung < 400 keV) an der Oberfläche des menschlichen Körpers (z. B. für basale Karzinome) oder über natürliche Körperhöhlen oder operative Zugangswege im menschlichen Körper zur Behandlung von z. B. schwerer Dysplasie, Hirntumoren, insitu Karzinomen oder anderer kleiner und kleinster Tumoren in Kombination/Integration von diagnostischen Bildgebungsystemen wie z. B. Ultraschall, Fluoreszenz oder einer Gammasonde (2D oder 3D) (6). Das System kann zusätzlich auch mit minimal-invasiven chirurgischen Werkzeugen kombiniert werden (7, 8).

Description

  • Für die Anmeldung relevante Schriften
    • • US PATENT 8269197 , METHOD AND SYSTEM FOR ELECTRON BEAM APPLICATION
    • • US PATENT 7120224 , X-RAY IMAGING APPARATUS ...
    • • US PATENT 6493421 , APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING HIGH INTENSITY X-RAY
    • • EP PATENT 1829437 , X-RAY NEEDLE APPARATUS AND METHOD FOR RADIATION TREATMENT
    • • US PATENT 6580940 , X-RAY SYSTEM WITH IMPLANTABLE NEEDLE FOR TREATMENT OF CANCER
    • • ORTHOVOLTAGE INTRAOPERATIVE RADIATION THERAPY FOR PANCREATIC ADENO CARCINOMA; BACHIDREDDY ET AL. RADIATION ONCOLOGY 2010, 5: 105
    • • TARGETED INTRAOPERATIVE RADIOTHERAPY (TARGIT) YIELDS VERY LOW RECURRENCE RATES WHEN GIVEN AS A BOOST; INT. J. RADIATION ONCOLOGY BIOL. PHYS., VOL. 66, NO. 5, PP. 1335–1338, 2006
    • • REDUCING RADIOTHERAPY DOSE IN EARLY BREAST CANCER. THE CONCEPT OF CONFORMAL INTRAOPERATIVE BRACHYTHERAPY; THE BRITISH JOURNAL OF RADIOLOGY, 77 (2004), 279–284
    • • X-RAY SCALPEL – A NEW DEVICE FOR TARGETED X-RAY BRACHYTHERAPY AND STEREOTACTIC RADIOSURGERY; GEORGE GUTMAN ET AL. 2007 PHYS. Med. BIOL. 52 1757–1770
    • • A VACUUM SEALED MINIATURE X-RAY TUBE BASED ON CARBON NANOTUBE FIELD EMITTERS; HEO ET AL., NANOSCALE RES LETT. 2012; 7(1): 2
    • • INTRAOPERATIVE RADIOTHERAPY FOR BREAST CANCER; WENZ F., KRAUS-TIEFENBACHER U.; UNI-MED, 2011; 51
    • • USE OF LOW-ENERGY X-RAYS IN THE TREATMENT OF SUPERFICIAL NONMELANOMATOUS SKIN CANCERS; BODNER WR, HILARIS BS, ALAGHEBAND M ET AL.; CANCER INVEST 2003; 21(3): 355–62
    • • INTRAOPERATIVE RADIOTHERAPY (IORT) WITH LOW-ENERGY PHOTONS AS A BOOST IN PATIENTS WITH EARLYSTAGE ORAL CANCER ...; RUTKOWSKI T, WYGODA A, HUTNIK M ET AL.; STRAHLENTHER ONKOL 2010; 86(9): 496–501
    • • ZEISS INTRABEAM -- http://meditec.zeiss.com/meditec/de_de/produkte/onkologie.html angesehen am 04.02.2013
    • • ARIANE MEDICAL SYSTEMS -- http://www.arianemedicalsystems.com angesehen am 05.02.2013
  • Für die Therapie von gut- und/oder bösartigen Tumoren stehen eine Vielzahl an Optionen zur Verfügung. Neben der operativen Entfernung (konventionell oder minimal-invasiv), gibt es dabei auch Möglichkeiten zur lokalen Tumorkontrolle und Eindämmung z. B. durch Implantation von radioaktiven Seed-Implantaten, Anwendung von hochenergetischer perkutaner Strahlentherapie (> 4 MeV), intra-operativer und perkutaner Anwendung von niederenergetischer Strahlentherapie (< 400 keV), lokaler oder Ganzkörper-Applikation von Pharmaka (Chemotherapie) und natürlich der Kombination der o. a. Verfahren. Neben diesen Verfahren gibt es noch eine Reihe anderer Optionen, auf die jedoch nicht explizit eingegangen wird. Alle diese Verfahren haben das Ziel die Tumorzellen nachhaltig zu zerstören und gleichzeitig die nicht-befallenen Zellen möglichst zu schützen. Zudem sollte die Belastung für den Patienten und für den medizinischen Anwender möglichst gering sein. Wobei gegenwärtig keines der Verfahren all diese Anforderungen (möglichst geringe Belastung, möglichst selektive und nachhaltige Zerstörung der befallenen Zellen) ideal erfüllt. Insbesondere ist es schwierig den Krankheitsherd diagnostisch genau zu erfassen und die gewonnen Bilddaten dann akkurat in Navigationsinformation umzuwandeln. Nur wenn dies möglich ist kann eine minimal-invasive (geringe Belastungen) Behandlung zielgesteuert und effektiv funktionieren. Hochenergetische Strahlentherapiesysteme können bis auf wenige Ausnahmen (siehe US PATENT 8269197 ) nicht für intra-operative Anwendungen benutzt werden, sondern applizieren die Strahlung durch die Haut zum Tumorherd. Damit besteht die Gefahr von Hautverbrennungen und von Strahlenablagerungen an Stellen mit gesundem Gewebe. Zudem sind selbst die intra-operativen Strahlentherapiesysteme, deren zerstörende Strahlung direkt an den Ort des Tumors gebracht wird, durch Ihr sehr grosses und starres Strahlenzugangssystem sehr limitiert im Einsatz. Das gleiche Problem gilt für ähnlich konstruierte Systeme mit niederenergetischen Strahlensystemen (ARIANE MEDICAL SYSTEMS und ZEISS), wobei hier die Strahlenbelastung für den Anwender und Patienten geringer ist. Den Nachteil eines grossen Systems und einer starren Zuführung lösen die Ansätze, wie in den US Patenten 8269197 , 7120224 , 6493421 , 6580940 und dem EP Patent 1829437 beschrieben. Dabei handelt es sich um in der Abmessung deutlich reduzierte Systeme, die teilweise auch über flexible und kleinste Zugangswege zum Tumorherd gebracht werden können. Möchte man diese Systeme minimal-invasiv einsetzen, muss man in der Lage sein den Tumor ohne direkte Sicht bzw. ohne klare Darstellung der Pathologie (bei Einsatz oder Kombination mit Endoskopiesystemen kann man zwar das Gewebe erkennen, aber nicht unterscheiden ob es Tumorgewebe ist) auf dem für den Patienten ungefährlichsten Zugangsweg zu finden und nachfolgend behandeln. Allen bisher beschriebenen Systemen fehlt jedoch eine integrierte diagnostische Bildgebung und damit eine genaue Navigationsmöglichkeit zum Ort der Strahlenapplikation. Eine Kombination mit pre-operativ erstellten Bildern ist dabei zwar möglich, aber aufgrund der Patientenbewegungen, geänderten Lage und dem zeitlichen und örtlichen Abstand zwischen der diagnostischen Untersuchung und der Therapie in der Regel nicht genau. Man kann dabei zwar die pre-operativ akquirierten Daten zur Navigation nutzen, müsste jedoch in der Lage sein diese Information mit intra-operativ aufgenommen Bilddaten zu korrigieren bzw. zu ergänzen. Ein weiteres Problem stellt die Tatsache dar, dass bei allen Anlagen eine intra-operative bildgebende Diagnostik, die operative Entfernung von Gewebe und die nachfolgende Strahlentherapie nicht in einem einzelnen System stattfinden, sondern in der Regel in drei unabhängige Systeme und zeitlich sequentiell (möglicherweise sogar örtlich sequentiell, d. h. mit Transport des Patienten) erfolgt. Ein weiterer Nachteil ist die ungenügende Strahlenabschirmung, die es bei den hochenergetischen Systemen sogar erfordert den teilweise zusätzlich abgeschirmten Bestrahlungsraum (in der Regel mit Blei) während der Anwendung zu verlassen. Wir schlagen deswegen ein abgeschirmtes niederenergetisches Bestrahlungssystem kombiniert mit diagnostischer und intra-operativen Bildgebung vor, mit der Möglichkeit zur weiteren Kombination mit einem Therapiewerkzeug. Die intra-operative Bildgebung funktioniert in Kombination mit der pre-operativen Bildgebung und einer Navigationselektronik zur Zieführung zum Tumor. Mit den Werkzeugen ist dann ein direkter operativer Eingriff möglich, gefolgt von einer Strahlenapplikation (bzw. ausschliesslich Strahlenapplikation ohne operativen Eingriff) und nachfolgender bildgebender Therapiekontrolle.
  • Erfindungsbeschreibung
  • Wir schlagen ein System vor, mit dem eine niederenergetische Strahlenquelle (6) perkutan oder intraoperativ eingesetzt werden kann. Diese Strahlenquelle ist in einem strahlentechnisch abgeschirmten Gehäuse (1) integriert und entsprechend bewegbar z. B. in vertikaler Richtung und zudem um diese Achse drehbar. Das Gesamtsystem ist aufgrund seiner Größe und seines Gewichts von einem Anwender händisch führbar und wegen der integrierten Abschirmung auch ungefährlich in der Anwendung. Es ist in einer weiteren Ausführungsform natürlich denkbar auch andere Bewegungsrichtungen und Winkel zu zulassen bzw. über eine Änderung des Strahlenwinkels am Kopf der Strahlenquelle (6) kegelförmige Strahlenbehandlungen zu ermöglichen. Die Strahlenquelle (6) ist dabei kombiniert mit Bildgebungsverfahren z. B. mit einer Gammakamera (3) zur Erstellung von 2D und 3D Aufnahmen (dann SPECT – single photon emission computed tomography) und/oder mit einem (oder zwei) Ultraschallsystem(en) (3). Ausführungsformen könnten es zulassen entweder nur mit einem System oder mit zwei gleichartigen oder mit zwei oder mehr verschiedenen Bildgebungsverfahren zu arbeiten. Weitere Möglichkeiten für (3) könnten ein Positron Emissions Tomography (PET) Detektor sein oder eine diagnostische Röntgenquelle. Zudem könnten die integrierte Strahlenquelle (6) für die Therapiebehandlung auch zeitweise als Diagnosesystem zur Erstellung von Röntgenaufnahmen benutzt werden. Über weitere vertikale Zugänge (4, 5, 7) können Kamerasysteme zur tatsächlichen Aufnahme der Operation und Strahlenbehandlung bzw. für zusätzliche optische Bildgebung (z. B. Fluoreszenz) integriert werden bzw. Werkzeuge (8) zur Operation/Therapie in den menschlichen oder tierischen Körper (9) eingeführt werden. Über die Anbindung von Detektoren oder Chips oder Markern (2) kann mit externen Systemen/Elektronik/Kamera eine zusätzliche Navigation/Tracking der Gesamtanlage oder der Einzelkomponenten erfolgen. Navigation/Tracking könnte dabei z. B. über ein elektromagnetisches oder optisches oder RFID gestütztes Verfahren durchgeführt werden. Die entsprechenden Bilddaten, Navigationsinformationen, Strahlendosisberechnungen und Strahlenverteilung, Qualitätssicherung, Patienteninformationen und andere Berechnungen/Darstellungen und Eingaben erfolgen über das angeschlossene Computersystem und die Systemelektronik, die nicht explizit und detailliert beschrieben werden soll.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Abschirmung/Gehäuse (z. B. inkl. Pb oder vergleichbares Material)
    2
    Tracking/Navigationshardware (Elektromagnetisch oder optisch oder RFID oder...)
    3
    Ultraschall und/oder Gammadetektor und/oder PET Detektor und/oder optisches Bildgebungsverfahren
    4
    Kamerasystem (Fluoreszenz, normale Optik, Spektroskopie, Wärme, ...)
    5
    Endoskopiesystem oder Werkzeugzugang
    6
    Gamma oder Röntgenquelle < 400 keV - verschiebbar und drehbar
    7
    Injektionskanal/Arbeitskanal -- verschiebbar und drehbar
    8
    Injektionssystem, z. B Nadel oder Biopsie u. U. auch mit abgewinkelter Spitze
    9
    Menschlicher (oder tierischer) Körper oder anderes Bildgebungsobjekt
  • Nicht detailliert zeichnerisch gezeigt sind die Verbindungsleitungen zum Systemcomputer, Navigations- und Trackingelektronik, Eingabesystem und anderer für die Bildgebung und Strahlentherapie notwendigen Komponenten, sowie eines für die Röntgendiagnostik eventuell notwendigen Detektor-/Aufnahmesystems.
  • Figuren und kurze Beschreibung:
  • 1: Systemkopf Querschnitt A-A' aus 2
  • 2: Gesamtsystem Draufsicht -- nicht detailliert zeichnerisch gezeigt sind die Verbindungsleitungen zum Systemcomputer, Navigations- und Trackingelektronik, Eingabesystem und anderer für die Bildgebung und Strahlentherapie notwendigen Komponenten, sowie eines für die Röntgendiagnostik eventuell notwendigen Detektor-/Aufnahmesystems.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8269197 [0001, 0002, 0002]
    • US 7120224 [0001, 0002]
    • US 6493421 [0001, 0002]
    • EP 1829437 [0001, 0002]
    • US 6580940 [0001, 0002]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • ORTHOVOLTAGE INTRAOPERATIVE RADIATION THERAPY FOR PANCREATIC ADENO CARCINOMA; BACHIDREDDY ET AL. RADIATION ONCOLOGY 2010, 5: 105 [0001]
    • TARGETED INTRAOPERATIVE RADIOTHERAPY (TARGIT) YIELDS VERY LOW RECURRENCE RATES WHEN GIVEN AS A BOOST; INT. J. RADIATION ONCOLOGY BIOL. PHYS., VOL. 66, NO. 5, PP. 1335–1338, 2006 [0001]
    • EDUCING RADIOTHERAPY DOSE IN EARLY BREAST CANCER. THE CONCEPT OF CONFORMAL INTRAOPERATIVE BRACHYTHERAPY; THE BRITISH JOURNAL OF RADIOLOGY, 77 (2004), 279–284 [0001]
    • X-RAY SCALPEL – A NEW DEVICE FOR TARGETED X-RAY BRACHYTHERAPY AND STEREOTACTIC RADIOSURGERY; GEORGE GUTMAN ET AL. 2007 PHYS. Med. BIOL. 52 1757–1770 [0001]
    • A VACUUM SEALED MINIATURE X-RAY TUBE BASED ON CARBON NANOTUBE FIELD EMITTERS; HEO ET AL., NANOSCALE RES LETT. 2012; 7(1): 2 [0001]
    • INTRAOPERATIVE RADIOTHERAPY FOR BREAST CANCER; WENZ F., KRAUS-TIEFENBACHER U.; UNI-MED, 2011; 51 [0001]
    • USE OF LOW-ENERGY X-RAYS IN THE TREATMENT OF SUPERFICIAL NONMELANOMATOUS SKIN CANCERS; BODNER WR, HILARIS BS, ALAGHEBAND M ET AL.; CANCER INVEST 2003; 21(3): 355–62 [0001]
    • INTRAOPERATIVE RADIOTHERAPY (IORT) WITH LOW-ENERGY PHOTONS AS A BOOST IN PATIENTS WITH EARLYSTAGE ORAL CANCER ...; RUTKOWSKI T, WYGODA A, HUTNIK M ET AL.; STRAHLENTHER ONKOL 2010; 86(9): 496–501 [0001]
    • http://meditec.zeiss.com/meditec/de_de/produkte/onkologie.html [0001]
    • http://www.arianemedicalsystems.com [0001]

Claims (10)

  1. Gesamtsystem in dem in einem strahlentechnisch abgeschirmten Gehäuse (1) eine vertikal verschiebbare (auch in einen menschlichen oder tierischen Körper (9)) und um die eigene Achse drehbare niederenergetische Strahlenquelle (6) mit mindestens einem diagnostischen Bildgebungssystem (3 – z. B. Ultraschall, Gammakamera, Röntgen, ...) integriert und kombiniert sind.
  2. System wie in Anspruch 1 beschrieben mit mehreren diagnostischen Bidgebungsystemen (3) kombiniert, wobei es sich dabei um gleiche Systeme oder unterschiedliche Systeme handeln kann.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die integrierten Diagnosesysteme (3) das zu bestrahlende Gewebe und die Strahlenquelle (6) gleichzeitig abbilden können.
  4. System nach Anspruch 1 bis 3 mit der Möglichkeit zusätzlich ein Endoskopiesystem (5) und einen Werkzeugkanal (7) parallel zur Strahlenquelle (6) zu integrieren.
  5. System nach Anspruch 1 bis 4 mit der Möglichkeit über einen Injektionskanal (7) parallel zur Strahlenquelle (6) ein oder mehrere Werkzeuge (8) in den menschlichen oder tierischen Körper (9) vorzuschieben.
  6. System nach Anspruch 1 bis 5 mit der Möglichkeit zusätzlich ein Kamerasystem (7) zur Qualitätssicherung oder zur zusätzlichen optischen Diagnose zu integrieren.
  7. System nach Anspruch 1 bis 6, für die Kombination mit einem externen Tracking oder Navigationsverfahren, wobei auf dem Gehäuse (1), sowie an oder auf allen unabhängig vom Gehäuse bewegbaren, aber mit diesem direkt oder indirekt verbundenen Systeme (z. B. 5, 6, 8), Trackingsensoren (2) installiert werden (z. B. RFID Chip, infrarot reflektierende Marker, elektromagnetische Sensoren, QR Codes, ...), die einen Bezug zu einem Koordinatensystem herstellen und damit mit einem Bild registriert werden können.
  8. System nach Anspruch 1 bis 7, wobei die Strahlenquelle (6) nicht nur vertikal, sondern auch in einem kegelförmigen Winkel von +45 Grad bis –45 Grad zum Gehäuse (1) bewegt werden kann.
  9. System nach Anspruch 1 bis 8, wobei es die Strahlenquelle (6) zulässt über entsprechende Kollimatoren und Schnittflächen die Strahlen in unterschiedlichen Volumen und Richtungen zu applizieren.
  10. System nach Anspruch 1 bis 9, wobei die Strahlenquelle (6) nicht nur zur Strahlentherapie sondern auch alternativ in Kombination mit einem Detektorsystem auch zur Röntgendiagnostik eingesetzt werden kann.
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Citations (10)

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