DE2452227A1

DE2452227A1 - Vorrichtung zur strahlenbehandlung an lebenden koerpern

Info

Publication number: DE2452227A1
Application number: DE19742452227
Authority: DE
Inventors: Gernot Klaus Brueck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-11-04
Filing date: 1974-11-04
Publication date: 1976-05-06
Also published as: GB1522345A; US4003383A; FR2289211B1; FR2289211A1

Description

DR. MÜLLER-BORE DIFL.-ING. GRCEN I NG DIPL. CHEM. DR. DEUFEL

DIPL.-CHEM. DR. SCHÖN DIPL.-PHYS. HERTEL

PATENTANWÄLTE

Unser Zeichen: B 46/4

* 4.

Anmelder: Gernot Klaus Brück

5 Köln 41
Hermann-Pflaume-Straße 6

Titel: Vorrichtung zur Strahlenbehandlung an lebenden Körpern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Örtlich begrenzten Stellen in einem lebenden Körper mit einer eine Energiestrahlung aussendenden Strahlungsquelle und einem den Strahlengang umgebenden Gehäuse mit einer Strahlendurchtrittsöffnung, die über einem Körper im Bereich der zu behandelnden Stelle angeordnet werden kann.

Zur Bestrahlung örtlich begrenzter Stellen in einem lebenden Körper sind verschiedene Bestrahlungsmethoden bekannt, beispielsweise kommt hierbei die sog. Mehrfelder-Bestrahlung bzw. Kreuzfeuer-Bestrahlung infrage. Bei der Mehrfelder-Bestrahlung kommen mehrere kleinere Felder zur Anwendung, um die Haut und das Gewebe in der Umgebung zu schonen und eine möglichst hohe Tiefendosis zu erreichen. Bei der Kreuzfeuer-Bestrahlung wird mit sich an der zu bestrahlenden Stelle überschneidenden Strahlenkegeln von verschiedenen Einfallsfeldern gearbeitet. Hierdurch soll ebenfalls eine hohe Konzentration der Strahlung an der zu bestrahlenden örtlich begrenzten Stel-

o> Ie erreicht werden, während die Umgebung soweit als möglich

co geschont werden soll.

■•χ. Bei den bisher bekannten Bestrahlungsmethoden ist jedoch eine

κ» Schonung des sog. gesunden Gewebes und der Haut im Bereich

ο eines Krankheitsherdes, der als örtlich begrenzte Stelle zu

Dr. MQller-Bore Dlpl.-Ing. Groenlng · Dr. Deufel ■ Dr. Schön Dipl.-Phys. W. Hertel

33 Braunschwelg 8000 München 22, . S Köln 41 (Lindenthal)

Am Bürgerpark 8 Telefon (0 89) 29 36 45 Telex 5-22 050 Bachemerstraße 54-56 Tel.(0531)73887 Telegrammadresse Muebopat München Telefon (0221) 417756 Postscheck: Köln 1424 58-500 - Bank: Deutsche Bank AQ Köln, Konto-Nr. 2 569 366

bestrahlen ist, nicht in ausreichendem Maße möglich. Insbesondere, wenn eine hohe Energiekonzentration im Herd selber erforderlich ist, um das kranke Gewebe zu zerstören, ist bei den bekannten Bestrahlungsmethoden eine Beeinträchtigung oder sogar starke Schädigung des umgebenden gesunden Gewebes und der Haut nicht auszuschließen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit der auch eine örtlich sehr begrenzte Stelle, wie ein örtlich sehr begrenzter Krankheitsherd, mit optimaler Energiekonzentration bestrahlt werden kann, ohne daß eine Gefahr für eine Schädigung des umgebenden gesunden Gewebes und der Haut besteht.

Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen, daß das Gehäuse einen Teil eines Eilipsoidspiegels aufweist, in dessen erstem Brennpunkt die Austrittsöffnung der Strahlungsquelle angeordnet ist und dessen zweiter Brennpunkt auf der Außenseite der Strahlendurchtrittsöffnung des Gehäuses angeordnet ist und den Bestrahlungsort festlegt. Dabei liegt die Wellenlänge der Strahlung vorteilhafterweise im Bereich von 0,1 - 100 mm und bevorzugt im Bereich von 10-100 mm.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß in einem Ellipsoidspiegel alle von einem seiner beiden Brennpunkte ausgehenden Strahlen mit einer Wellenlänge in dem vorstehend angegebenen Wellenlängenbereich in den anderen Brennpunkt reflektiert bzw. in diesem konzentriert werden. Wenn erfindungs· gemäß das Gehäuse mit seiner Strahlendurchtrittsöffnung auf einem Körper so angeordnet wird, daß der zweite Brennpunkt mit der zu bestrahlenden, den Krankheitsherd aufweisenden örtlich begrenzten Stelle in dem Körper zusammenfällt, wird praktisch

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die gesamte, von dem ersten Brennpunkt ausgehende Energiestrahlung an dem zweiten Brennpunkt, d.h. an der örtlich begrenzten Stelle, konzentriert. Dabei nimmt die Energiekonzentration von dem zweiten Brennpunkt aus mit der dritten Potenz der Entfernung ab. Somit ist die Energiekonzentration außerhalb des zweiten Brennpunktes, d.h. unmittelbar außerhalb der Örtlich sehr begrenzten Stelle schon soweit vermindert, daß das umgebende gesunde Gewebe nicht mehr beschädigt wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich aus der Wellenlänge, die zwischen 0,1 mm und 100 mm und bevorzugt zwischen 10 mm und 100 mm liegt, dadurch, daß diese Strahlung eine hohe Bündelfähigkeit aufweist und somit durch den Ellipsoidspiegel mit hoher Präzision auf den zweiten Punkt konzentriert werden kann. Außerdem weist eine Strahlung mit einer Wellenlänge in dem angegebenen Bereich gerade eine solche Eindringtiefe auf, daß sie einerseits bis zu der erforderlichen Tiefe in einen lebenden Körper eindringen kann, jedoch auch andererseits in einem solchen Maße in dem Körper absorbiert wird, daß an dem zweiten Brennpunkt des Ellipsoidspiegels eine für eine Zerstörung eines kranken Gewebes genügend hohe Energiekonzentration erreicht wird. Die bei dem jeweiligen Behandlungsfall verwendete Wellenlänge kann in Abhängigkeit von der erforderlichen Eindringtiefe und Strahlungsabsorption gewählt werden.

Außerdem besteht ein Vorteil der Erfindung darin, daß in den übrigen Bereichen des Ellipsoidspiegels, insbesondere in dem Bereich, in welchem die Strahlung durch die Haut in einen lebenden Körper eindringt, eine so geringe Konzentration vorliegt, daß eine Beschädigung der Haut vermieden wird.

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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, daß das Gehäuse lösbar miteinander verbundene Gehäuseringe umfaßt, die auf ihrer Innenseite Ringflächen des Ellipsoidspiegels aufweisen und zur Veränderung des Abstandes des Bestrahlungsbrennpunktes von der Strahlendurchtrittsöffnung der Reihe nach abnehmbar und wieder ansetzbar sind, wobei vorteilhafterweise das Gehäuse etwa von der Mittelebene zwischen den beiden Brennpunkten zu der den Bestrahlungsbrennpunkt enthaltenen Ebene hin in eine Vielzahl von lösbar miteinander verbundenen Gehäuseringen unterteilt ist. Dabei erstreckt sich vorteilhafterweise der Ellipsoidspiegel um seinen ersten, als Einstrahlungsbrennpunkt dienenden Brennpunkt und um diesen bis zur Strahlendurchtrittsöffnung.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß durch Abnehmen einer bestimmten Zahl von Gehäuseringen der Abstand zwischen dem zweiten Brennpunkt und der Strahlendurchtrittsöffnung des Gehäuses dem kürzesten Abstand zwischen dem zu bestrahlenden Krankheitsherd und der Hautoberfläche eines lebenden Körpers optimal angenähert werden kann. Die Genauigkeit dieser Annäherung hängt im wesentlichen von der Feinheit der Unterteilung der Gehäuseringe ab. Wenn die wirksame Spiegelfläche des Ellipsoidspiegels durch Abnahme von Gehäuseringen reduziert wird, gelangt zwar weniger Strahlung vom ersten Brennpunkt zum zweiten Brennpunkt des Gehäuses, es wird jedoch der wesentliche Vorteil erreicht, daß die Energiekonzentration im zweiten Brennpunkt mit dem zu bestrahlenden Krankheitsherd optimal genau zusammenfällt.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die Spiegelfläche des Ellipsoidspiegels leitfähig ausgebildet und mit ei-

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ner Erdungsleitung elektrisch verbunden. Hierdurch wird ein optimaler Refklktionsfaktor erreicht.

Bevorzugt ist zwischen der Bestrahlungsquelle und dem ersten Brennpunkt des Ellipsoidspiegels ein Hohlleiter angeordnet, der vorteilhafterweise mit einem Dielektrikum ausgefüllt ist.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Querschnitt des am ersten Brennpunkt austretenden Strahlenbündels durch geeignete Wahl der Dielektrizitätskonstanten des Dielektrikums in dem Hohlleiter in Abhängigkeit von der örtlichen Ausbreitung des zu bestrahlenden Krankheitsherdes optimiert werden kann. Je enger dieser Bündelquerschnitt ist,

um so geringer ist die Verschierung der im zweiten Brennpunkt des Ellipsoidspiegels konzentrierten Strahlung. Die Querschnittsfläche der mit hoher Konzentration bestrahlten Stelle in einem lebenden Körper hängt direkt ab von dem Querschnitt des am ersten Brennpunkt austretenden Strahlenbündels .

Weiterhin ist vorteilhafterweise das Innere des Ellipsoidspiegels mit einem Dielektrikum ausgefüllt, wobei bevorzugt die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums in dem Gehäuse gleich der Dielektrizitätskonstanten eines lebendes Körpers oder dieser so weit als möglich angenähert ist.

Bei dieser Ausführungsform werden Brechungen der Strahlung an Übergangsflächen weitgehend vermieden, so daß die Genauigkeit der Konzentration im zweiten Brennpunkt so wenig als möglich beeinträchtigt wird.

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H J L. C L !

Bevorzugt ist die Austrittsöffnung des Hohlleiters im ersten Brennpunkt des Ellipsoidspiegels als Hornstrahler ausgebildet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in der einzigen Figur der Zeichnung ist schematisch ein einen Ellipsoidspiegel enthaltendes Gehäuse dargestellt.

Nach der Zeichnung ist ein Gehäuse 10 vorgesehen, das in seinem Inneren einen Teil, d.h. etwas mehr als Zweidrittel eines Ellipsoidspiegels 12 bildet.

Der obere Teil des Gehäuses 10 umfaßt einen breiten Gehäusering 30 und eine auf diesen aufgesetzte Gehäusekappe 40, auf deren inneren Oberfläche eine Endkalotte des Ellipsoidspiegels 12 ausgebildet ist.

Auf der von der Gehäusekappe 40 abgewendeten Seite des breiten Gehäuseringes 30 schließt sich eine Vielzahl von kleinen Gehäuseringen 32,34,36 und 38 an, die in lösbarer Weise dicht aneinander gesetzt sind. Die einander stoßenden Kanten der einzelnen Gehäuseteile sind so gearbeitet, daß im zusammengesetzten Zustand der Teile der im Inneren des Gehäuses 10 gebildete Ellipsoidspiegel so wenig wie möglich unterbrochen ist.

Der im Inneren des Gehäuses 10 vorgesehene Ellipsoidspiegel bildet zwei Brennpunkte, nämlich einen ersten Brennpunkt 14 und einen zweiten Brennpunkt 16. Während der erste Brennpunkt 14 im Inneren des Gehäuses im Bereich der Stirnfläche der Gehäusekappe 40 angeordnet ist, liegt der zweite Brennpunkt 16 außerhalb des letzten Gehäuseringes 38 der Vielzahl von klei-

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nen Gehäuseringen.

Ein Hohlleiter 22 ist durch eine Öffnung im Scheitel der Gehäusekappe 40 bis zu dem ersten Brennpunkt 14 geführt. An dem außerhalb des Gehäuses 10 liegenden Ende des Hohlleiters 22 ist eine Strahlungsquelle 20 angeordnet, während das im ersten Brennpunkt 14 des Ellipsoidspiegels 12 liegende Ende des Hohlleiters 22 eine Austrittsöffnung 18 für die Strahlung bildet.

Sowohl der Hohlleiter 22 als auch das gesamte Gehäuse sind mit einem Dielektrikum 28 ausgefüllt, dessen Dielektrizitätskonstante der Dielektrizitätskonstanten eines lebenden Körpers so weit als möglich angenähert ist.

Die von dem ersten Brennpunkt 14 des Ellipsoidspiegels 12 abgewendete Stirnfläche jedes der kleinen Gehäuseringe 32, 34,36,38 bildet eine Strahlendurchtrittsöffnung 24.

Der Ellipsoidspiegel 12 ist elektrisch leitfähig ausgebildet und mit einer Erdungsleitung 26 elektrisch verbunden.

Wenn alle Teile des Gehäuses 10, die in der Zeichnung dargestellt sind, zusammengesetzt sind, bildet das Gehäuse 10 in seinem Inneren einen Ellipsoidspiegel 12, 12', 12", 12^IM ,

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12 , der bis auf die untere, sich um den zweiten Brennpunkt 16 erstreckende Ellipsoid-Kappe ein vollständiges Rotations-Ellipsoid bildet.

Bei der Benutzung der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung wird zunächst der Abstand zwischen dem zu bestrahlenden Krankheitsherd in einem lebenden Körper und der Hautoberfläche von diesem, auf die die Vorrichtung aufgesetzt werden kann, bestimmt. Dann werden von dem Gehäuse 10 soviel kleine Gehäu-

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seringe 38,36,34,32 abgenommen, bis zwischen dem zweiten Brennpunkt 16 und der Strahlendurchtrittsöffnung 24 des nächstfolgenden, nicht abgenommenen Gehäuseringes dem zuvor bestimmten Abstand in dem lebenden Körper möglichst weitgehend angenähert ist. Danach wird die Vorrichtung so auf den lebenden Körper aufgesetzt, daß der zweite Brennpunkt 16 mit dem zu bestrahlenden Krankheitsherd möglichst genau zusammenfällt. Anschließend kann der zu bestrahlende Krankheitsherd mit einer Energiestrahlung vorgewählter Wellenlänge und Intensität für eine vorbestimmte Zeitdauer bestrahlt werden. Hierbei wird im Krankheitsherd selber eine hohe Energieabsorption erreicht, während das umgebende gesunde Gewebe nicht beeinträchtigt wird, da die Energiekonzentration von dem zweiten Brennpunkt aus mit der dritten Potenz des Abstandes abnimmt.

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Claims

245222? DR. MÖLLER-BOR^ DIM.-ING. GROF.NING OIPL.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL.-CHEM. DR. SCHÖN DIPL.-PHYS. HERTEL PATENTANWÄLTE Unser Zeichen: B 46/4 Hl/Fs Anmelder: Gernot Klaus Brück 5 Köln 41 Hermann-Pflaume-Straße 6 Ansprüche

1.)Vorrichtung zur Behandlung von örtlich begrenzten Stellen in einem lebenden Körper mit einer eine Energiestrahlung aussendenden Strahlungsquelle und einem den Strahlengang umgebenden Gehäuse mit einer Strahlendurchtrittsöffnung, die über einem Körper im Bereich der zu behandelnden Stelle angeordnet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) einen Teil eines Ellipsoidspiegels (12) aufweist, in dessen erstem Brennpunkt (14) die Austrittsöffnung (18) der Strahlungsquelle (20,22) angeordnet ist und dessen zweiter Brennpunkt (16) auf der Außenseite der Strahlendurchtrittsöffnung (24) des Gehäuses (10) angeordnet ist und den Bestrahlungsort festlegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der Strahlung im Bereich von 0,1 - 100 mm liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der Strahlung im Bereich von 10 - 100 mm

^liegt> 609819/02 30

Dr. Müller-Bord Dlpl.-Ing. Groenlng · Dr. Deufel · Dr. Schön Dlpl.-Phys. W. Hertel

33 Braunschweig 8000 München 22, . . S Köln 41 (Lindenthal)

Am Bürgerpark8 Telefon (0 89) 29 38 45 Telex 5-22 050 Bachemerstraße 54-56

Tel.(0531)73887 Telegrammadresse Muebopat München Telefon (0221) 417758

Postscheck: Köln 142458-500 - Bank: Deutsche Bank AQ Köln, Konto-Nr. 2589 368

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4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) lösbar miteinander verbundene Gehäuseringe (32,34,36,38) umfaßt, die auf ihrer Innenseite Ringflächen (12*, 12", 12^IM , 12^IV) des Ellipsoidspiegel (12) aufweisen und zur Veränderung des Abstandes (d) des Bestrahlungsbrennpunktes (16) von der Strahlendurchtrittsöffnung (24) der Reihe nach abnehmbar und wieder ansetzbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) etwa von der Mittelebene zwischen den beiden Brennpunkten (14,16) zu der den Bestrahlungsbrennpunkt (16) enthaltenden Ebene hin in eine Vielzahl von lösbar miteinander verbundenen Gehäuseringen (32,34,36,38) unterteilt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ellipsoidspiegel (12) sich um seinen ersten, als Einstrahlungsbrennpunkt dienenden Brennpunkt (14) und von diesem bis zur Strahlendurchtrittsöffnung (24) erstreckt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche des Ellipsoidspiegels (12) leitfähig ausgebildet und mit einer Erdungsleitung (26) elektrisch verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Strahlungsquelle (20) und dem ersten Brennpunkt (14) des Ellipsoidspiegels (12) ein Hohlleiter (22) angeordnet ist.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (22) mit einem Dielektrikum (28) ausgefüllt ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Ellipsoidspiegels (12) mit einem Dielektrikum (28) ausgefüllt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums (28) gleich der Dielektrizitätskonstanten eines lebenden Körpers oder dieser soweit als möglich angenähert ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (18) des Hohlleiters (22) im ersten Brennpunkt (14) des Ellipsoidspiegels (12) als Hornstrahler ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (20,22) einen Ultraschallsender umfaßt.

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