專利名稱：將x射線作用到一個體腔的內(nèi)表面的改進型裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種小型、低功率、可編程的X射線源，這種X射線源用于將具有特定的劑量輪廓線的X射線作用到一個特定的區(qū)域。更確切地說，本發(fā)明涉及將預定的X射線通量作用到體腔的內(nèi)表面的裝置和方法。
眾所周知，將X射線作用到覆有軟組織的體腔中對于治療包括膀胱癌、陰道和宮頸癌、尿道癌、子宮癌、結(jié)腸和直腸癌在內(nèi)的一些癌癥是比較有效的。在許多情況下，比較理想的治療方式是只有體腔的表面(即靶組織)曝露在放射線下。但是，多數(shù)常規(guī)的放射療法都是采用一種外部的放射源，這種放射源將具有很高能量因而對組織有所損傷的X射線照射到病人身上，因此，這些X射線在到達覆在體腔中的組織之前必須先穿透病人的皮膚和其它組織。因此，使用放在病人身體外部的常規(guī)X射線源會不可避免地使非靶組織受到不應有的輻射。并且，需要采用具有很高能量因而對組織有所損傷的X射線來確保有足夠的劑量被作用到靶組織上。
用放射手段治療覆有組織的體腔的常規(guī)方法還無法做到將特定的放射劑量作用到可能具有任意形狀的靶組織上。在某些情況下，需要將劑量大體上均勻的放射劑量作用到一個非常大的靶區(qū)域上。在另一些情況下，可能需要具有特殊輪廓的非均勻劑量。在此處，“等劑量輪廓”一詞表示這樣一個表面，在該表面上，X射線的通量密度是大體上恒定的。就體腔的內(nèi)表面或內(nèi)襯而言，均勻的劑量指的是產(chǎn)生一種具有與體腔的內(nèi)表面相符合的等劑量輪廓的X射線分布。
采用一種小型、低功率的X射線源，例如采用上面引證的授予Nomikos等人的第5153900美國專利中描述的X射線源，能夠克服已有技術的方案中的一些缺點。這種X射線源具有一條沿著其軸線延伸的細長管，并且在其一端有一個電子束產(chǎn)生器，該電子束產(chǎn)生器產(chǎn)生電子束并且沿著該射線源的軸線將電子束傳送到另一端，在這個端部，電子束入射到一個與該電子束發(fā)生作用的靶組織上，產(chǎn)生X射線輻射。
可以將該發(fā)射源插入到病人體內(nèi)，使其緊貼著需要醫(yī)治的組織，然后將其開啟，從其內(nèi)部產(chǎn)生X射線，使X射線的產(chǎn)生地點局限于靶組織附近。當用這種X射線源來治療覆有組織的體腔時，X射線在到達靶組織之前不需要穿過病人的骨骼及皮膚以及其它組織。
將輻射傳送到一個體腔的內(nèi)表面上的一種比較有效的裝置采用了將美國第5530900號專利公開的那種小型、低功率的X射線源和一個可膨脹的球囊相組合的形式。上面引用的名稱為“將預定通量的X射線作用到一個體腔的內(nèi)表面上的X射線裝置”的第08/273645號美國專利申請描述了這樣一種組合。這種裝置采用了一根未端帶有一個球囊的引導(或球)管，該球?qū)Ⅲw腔擴張成所需要的形狀，例如球形。將X射線源順著該球管推入，使其產(chǎn)生X射線的端部處于所述膨脹的球囊中的預定位置，例如處在膨脹的球囊的中央，然后開啟它。在需要將一種均勻的劑量作用到具有柔軟的確定邊界的體腔(例如膀胱)的內(nèi)表面的情況下，先將一種(當膨脹時)大體上呈球狀的球放到體腔中，再使其膨脹，迫使所述確定的邊界、進而使其內(nèi)層呈球形。由于采用了這種結(jié)構(gòu)，在膨脹的球囊中產(chǎn)生的X射線便能在體腔的表面形成大體上均勻的劑量。
這個方案的一個重要方面是能夠?qū)射線源放置到體腔中的一個預定部位上。通過使球囊膨脹能夠?qū)Ⅲw腔擴張成已知的形狀，但體腔附近的內(nèi)部壓力可能使所述的球形腔結(jié)構(gòu)相對于球管移位，造成球囊的軸線與X射線源的軸線不重合。如果不能精確放置X射線源，則難以將均勻的劑量傳送到體腔的表面。
名稱為“用于將預定通量的X射線作用到一個體腔的內(nèi)表面的改進的X射線裝置”的第08/273963號美國專利申請描述了一個X射線探頭和一個球囊的另一種組合形式。在這種組合中，一個球囊的相反兩端圍繞著一根球管的一個延伸端永久地固定在該延伸端上，所述的延伸端在球囊膨脹時貫穿該球囊的一個直徑。當用這種結(jié)構(gòu)操作時，先將球管和未膨脹的球囊插入到體腔中，使未膨脹的球囊先處在體腔中，然后再使該球囊膨脹。球管和其延伸端在球管和球囊之間保持對準。然后將X射線探頭插入到球管中，并使其發(fā)出X射線的末端處在沿著球囊的直徑的一個預定位置上，使X射線能夠從體腔中的一個已知位置上發(fā)出。
后一種結(jié)構(gòu)所存在的一個問題是，當把未膨脹的球囊安裝在球管周圍時，會形成一個直徑相對較大的結(jié)構(gòu)，在插入到身體通道內(nèi)和從身體通道內(nèi)抽出時都較困難。這對于尿道一類比較小的通道而言是一個比較重要的因素，在對膀胱進行X射線治療時需要將所述的結(jié)構(gòu)插入到尿道中。另外，在這種結(jié)構(gòu)中，球管通常只能部分地傳送X射線，因而會影響到將特定輪廓劑量的X射線傳送至靶組織的能力。
而且，采用上述結(jié)構(gòu)時，不可能將探頭的輻射端頭靠近體腔壁放置成使輻射只對該壁造成局部損傷的形式。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種將特定輪廓劑量的輻射傳送到覆有組織的體腔中的方法和裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種包括一個小型、低功率的X射線源和一個球囊的裝置，用于將均勻劑量的輻射或其它所需劑量的輻射傳送到覆在一個體腔中的組織上。
在結(jié)合附圖進行說明之后，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將變得更為清楚。
本發(fā)明的實現(xiàn)上述和其它目的的一個方案包括一個用于將一個體腔擴展成預定形狀的球囊組件。該組件包括一個引導套管，一個球管和一個球囊。所述的套管比較硬，它具有一個近端和一個遠端，并且沿著一條套管軸延伸。球管具有一個近端和一個遠端，并限定了一個沿著一個中心軸延伸的內(nèi)部通道。球管具有一個適合于滑動地安裝在套管中的外輪廓，使套管和中心軸基本上同軸。一個可膨脹的，基本上無彈性的球囊附著在球管的遠端。球管的內(nèi)部通道與球囊的內(nèi)部相鄰并連通，因此可以在球管的近端控制球囊的膨脹和收縮。當球囊膨脹時，該球囊限定了一個預定的表面輪廓，該輪廓圍繞在一個沿著球囊的固定軸或球囊軸延伸的內(nèi)部區(qū)域周圍，所述的軸從球管和球囊的連接處貫穿球囊的一條直徑延伸。所述的球囊軸在球管的遠端附近與球管的中心軸相交。
在操作時，可將套管通過一個身體通道(例如尿道)插入，使套管的遠端處在一個體腔(例如膀胱)附近，并使套管的近端留在身體外面。然后可以將球管和處于縮癟狀態(tài)的球囊通過套管插入，使球囊位于套管的遠端之外并且位于體腔中。然后使球囊膨脹，從而將體腔擴張成一種預定的形狀。當球管被插入到套管中時，中心和套管軸通常是同軸的。
盡管球囊軸與球管的中心軸相交，但它們在球囊膨脹之后通常不會立即沿軸向?qū)φ１M管球囊基本上是非彈性的，但構(gòu)成球囊的材料在球囊與球管相接處稍稍具有柔順性，使得球囊軸與球管之間的方位能夠很容易地改變?？梢酝ㄟ^使套管圍繞著球囊與中心軸的相交點轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)中心和球囊軸之間的角度，從而能夠?qū)⒅行呐c套管軸的夾角調(diào)節(jié)至所需的角度。這種根據(jù)本發(fā)明的一個方面的組件還包括一個對準機構(gòu)，可以在套管的近端操作該機構(gòu)以選擇性地將球囊與套管軸之間的角度調(diào)節(jié)至一個預定的角度。優(yōu)選的是，球囊與套管軸之間的角度可以在0和90度之間調(diào)節(jié)。
校準機構(gòu)可以包括一個從球囊的內(nèi)部能夠檢測(例如可通過光學方法檢測)到的參考標記或區(qū)域。參考標記可以位于球囊與球囊軸的交點，與球囊與中心軸的交點相對，在透明球囊或半透明球囊的情況下，參考標記也可以位于球囊的外部，或者位于球囊的內(nèi)部。從球囊的內(nèi)部區(qū)域可以確定參考標記相對于套管軸的位置，因此，使用者能夠看到參考標記相對于套管軸的位置，從而得知球囊軸相對于套管的角度方位。
一種形式的參考標記在受到一個預定的譜范圍內(nèi)的入射光照射時會發(fā)出熒光。針對這種形式的標記，可以通過一個濾光器將所述譜范圍內(nèi)的光引導到球囊的內(nèi)部。操作者在相對于膨脹的球囊的球囊軸操縱套管軸的同時，可以通過一個可使能產(chǎn)生熒光的波長的光透過的輸出濾光器監(jiān)視球囊的內(nèi)部，檢測來自于該參考標記的熒光，并確定套管軸在什么時候與球囊軸對準。
該組件還可以包括一個位于球管的近端附近的充氣組件，用于控制球囊的內(nèi)部區(qū)域中的壓力。該充氣組件可以提供一條在壓力源和內(nèi)部通道之間延伸的氣流通道。
另一方面，本發(fā)明提供了一套用于將X射線作用到體腔的內(nèi)表面的裝置。這種裝置包括一個與上述的組件共同作用的X射線源。該X射線源包括一個處在一個細長的管狀元件的靶端上或靶端附近的X射線產(chǎn)生器。
所述的X射線產(chǎn)生器可以是一種全方向的產(chǎn)生器。所述的靶端還可以包括一個遮蔽屏，用于控制由X射線產(chǎn)生器發(fā)出的X射線的等劑量輪廓的空間分布。該遮蔽屏的特點在于一個選擇性地傳送X射線的空間輪廓。
球囊在充氣后可以呈球形。但是，對于一個特定的待照射腔來說，可能需要采用圓柱形或其它形狀的球囊。對稱性的或毫無對稱性的球囊也可用于本發(fā)明的各種形式中。在這類情況下，為了將預定劑量的輻射傳送到體腔壁上，可以如上述的名稱為“具有一定形狀的輻射形式的X射線源”的第08/184271號美國專利申請所述，對X射線源進行遮蔽，以及/或者如美國第5153900號專利所述，在曝露于輻射之中期間，使沿著套管軸發(fā)送X射線。
通過下面結(jié)合附圖所進行的描述，本發(fā)明的前述和其它目的、各技術特征以及發(fā)明本身都將得到更全面的理解。


圖1是本發(fā)明的一種用于對一個體腔的內(nèi)表面進行放射治療的裝置的橫剖視圖，該裝置包括一個球管和一個膨脹的球囊；圖2是圖1所示裝置在球囊呈縮癟狀態(tài)時的視圖；圖3是本發(fā)明的小型X射線探頭的透視圖；圖4是本發(fā)明的一個成套裝置的橫剖視圖，該裝置包括一個小型X射線探頭、一根球管、一個球囊和一個引導套管；圖5A和5B分別是圖4所示的成套裝置不帶X射線探頭時的側(cè)視圖和底視圖，圖示的裝置還另外具有一個V形的支撐導槽；圖6是圖5A和5B所示的成套裝置的側(cè)視圖，圖中示出球管插入在套管中；圖7示出本發(fā)明的一種裝置，該圖示出，球囊在體腔中呈膨脹狀態(tài)，有一個內(nèi)窺鏡通過球管插入到球囊中；圖8A和8B分別是圖7所示的成套裝置的側(cè)視和底視圖，這兩幅圖還示出一個用于支撐V形導軌的支持框架，該框架為套管與球管軸的對正提供空間運動；圖9示出圖8所示的裝置，在圖9所示的裝置中，通過使用一個內(nèi)窺鏡已使球囊的固定軸與球管軸彼此對正，接著將一個X射線探頭插入到了球囊中；圖10示出本發(fā)明的一種可用于治療膀胱中的局部腫瘤的裝置；圖11示出將圖10中的裝置用于治療不與引導管的遠端直接相對的局部腫瘤時的情形；圖12示出將圖10中的裝置用于治療與尿道和膀胱交界處非?？拷木植磕[瘤時的情形；圖13示出將圖10中的裝置用于治療比圖12所示的腫瘤更為靠近尿道和膀胱交界處的局部腫瘤時的情形。
各圖中的以相同的數(shù)字標記的元件代表相同的或相類似的元件。
圖1和圖2示出本發(fā)明的用于對一個體腔的組織層進行放射治療的裝置10。裝置10包括一個具有一個遠端16和一個近端20的球管14以及一個固定在遠端16上的非彈性的球形球囊12。球管14是空心的，并且限定了一個沿著并圍繞著一個球管軸30延伸的內(nèi)部通道22。內(nèi)部通道22與球囊12的內(nèi)部區(qū)域連通，因而可以從球管14的近端20對球囊12的膨脹和收縮進行控制。圖1示出球囊12處于膨脹狀態(tài)，圖2示出球囊12是癟的，球囊12緊裹在從軸30同軸地延伸出束的軸13周圍。
在膨脹狀態(tài)下，球囊12具有一個球囊直徑13，直徑13的近端位于球管14的遠端16的中心，直徑13的遠端位于球囊的對側(cè)。下文將把球囊直徑13稱作球囊固定軸，或者簡稱為球囊軸。通常，在剛膨脹時，直徑(或球囊軸)13不會立刻與球管14的控制軸對正。
比較可取的是，球囊12帶有一個位于球囊軸13的遠端的參考的或基準的區(qū)域或標記18。從膨脹的球囊的內(nèi)部能夠看到標記18，以便于將球管軸30和膨脹的球囊的軸13對正，后面將對此作進一步的討論。因此，如圖1所示，參考標記18最好是位于軸13與球囊12的表面相交處。在另一個可供選擇的實施例中，參考區(qū)域18可以包括多個以軸13和球囊12的遠端為中心按圓周對稱形式排列的標記。標記18既可以位于球囊12的內(nèi)側(cè)，也可以位于球囊12的外側(cè)。
在使用中，球囊12要與覆在體腔中的組織接觸，因此它最好由一種生物相容性材料制成。在圖示的實施例中，球囊12是一種非彈性的球囊，這表明對球囊12充氣會使球囊12膨脹到一種預定的形狀，進一步的充氣將不會改變球囊的形狀而只是增大其內(nèi)部壓力，相應地增大球囊的硬度。球囊12最好還是透明的，以便從膨脹的球囊內(nèi)部能夠看到身體表面以及任何外部參考標記。
球管14的尺寸使其便于被插入到一個套管中，而套管的尺寸應當便于其被插入到尿道一類的身體通道中，選擇球囊時最好注意，當其癟下時，如圖2所示，球囊12應當能夠被塞進一個直徑不大于套管內(nèi)徑的區(qū)域，最好是能夠被塞進一個直徑不大于球管14的外徑的區(qū)域。
本發(fā)明的裝置還可以包括一個電子束(e束)激勵的X射線源。該X射線源能夠以非常低的能量(例如在大約10kV至90kV范圍內(nèi))和非常小的電子束流(例如在大約1nA至大約1mA范圍內(nèi))工作。上面引證的授予Nomikos等人的美國第5153900號專利更全面地描述了這樣一種X射線源。
圖3示出了這樣一種X射線源110，它包括一個細長的圓柱形探頭114，探頭114沿著一條基準軸116從盒體112延伸出來，在其遠端有一個靶組件126。盒體112內(nèi)裝有一個電源112A，探頭114是一個空心管，在其近端有一個電子束發(fā)生器(陰極)122和一個相應的高壓電源112A。陰極122緊靠著一個環(huán)形的調(diào)焦電極123，調(diào)焦電極123通常與陰極122具有幾乎相等的電位?？招牡墓軤钐筋^114、陰極、柵極以及陽極中的孔都沿著一條軸116伸展。一個相應的控制器控制這些元件中的大多數(shù)以產(chǎn)生電子束，并將電子束沿著軸116引導到靶組件126。靶組件126響應于這個入射的電子束而產(chǎn)生X射線。在各實施例中，最好是對探頭114的一些部分進行選擇性地遮蔽，以控制X射線的空間分布。此外，最好是對探頭114進行磁性屏蔽以防止外部磁場造成電子束與目標偏離。
圖4示出本發(fā)明的用于將X射線傳送到覆在一個體腔中的組織上的一個成套裝置210。成套裝置210包括球囊12，球管14，和X射線探頭114(盒體112未示出)。成套裝置210還包括一個細長的管狀套管214。套管214限定了一條軸230，并且具有稍大于球管14的外徑的內(nèi)徑，使球管14和癟的球囊12能夠以可滑動的方式處于套管214的內(nèi)部通道222中，因此球管軸30與套管軸230基本上同軸。套管214的壁上最好包括一些內(nèi)部通道，以便冷卻液能夠流經(jīng)這些通道。套管214的壁上最好還包括一些使膀胱中的尿能夠流經(jīng)的通道，同時氣體也可以通過這些通道流入膀胱中(使膀胱能夠擴張以便于球囊12膨脹)。
套管214的近端220整體地安裝在一個盛放冷卻套管的水以及尿液的集流腔223上，集流腔223由一個用于使套管214對正的對接夾具(或壓塊)支撐，后面將會對此作進一步的說明。集流腔223還使得氣體(最好是CO2)能夠被引入到尿液通道中，以便使膀胱膨脹。如下面所述，球囊的充氣是借助于一個進氣口64完成的。
在一個優(yōu)選實施例中，套管214由外科用鋼或其它生物相容性材料制成。在使用中，套管214被插入到身體通道中，例如被插入到尿道中，或插入到用外科方法形成的通道中。由于套管214比較硬，所以球管214可以比較柔軟，并且可以由例如比較輕質(zhì)的薄塑料制成。
圖4示出球管14的近端20整體地安裝在一個氣壓閥組件50中，所述的氣壓閥組件50用于將氣壓引入到球囊中，以及進而用于在不損失球囊中的壓力的條件下將一個內(nèi)窺鏡或X射線探頭引入到球囊中。氣壓閥組件50限定了一個從球管14的近端20延伸到氣壓閥組件50的端部60的內(nèi)部通道52，因此該內(nèi)部通道52與球管14的內(nèi)部通道22連通并且同軸(如圖1所示)。內(nèi)部通道52的尺寸便于X射線探頭114以可滑動的方式放置在通道52中。
球管14借助于一個夾具233附著在氣壓閥組件50中。圖4示出球管14插在套管214中，球管14的遠端16伸到套管214的遠端216之外。在這個位置上，球囊不受套管214的限制，可以自由膨脹。圖4還示出X射線探頭114插在球管14中，使得X射線管中的靶126位于膨脹的球形球囊12的中央。
氣壓閥組件50包括一個環(huán)形密封墊圈62，用于與探頭114構(gòu)成氣密密封，以便在探頭插在通道52中時防止加了壓的氣體從膨脹的球囊12中泄漏。環(huán)形墊圈62最好是由橡膠或其它適合于形成氣密密封的彈性材料制成。除了環(huán)形墊圈62以外，氣壓閥組件50還可以具有其它的墊圈，它們以常規(guī)的方式分布在組件50中，有助于與探頭114一起形成氣密密封。
氣壓閥組件50還具有一個壓氣入口64，該壓氣入口64可以與一個壓縮氣體箱或一個泵(未示出)相連，以控制球囊12的膨脹和收縮。氣壓閥組件50還具有滑門閥66和環(huán)形墊圈68，用于在X射線探頭或內(nèi)窺鏡不處在環(huán)形墊圈62中時將通道52密封并借此維持球囊12中的壓力。圖4中示出的處于開啟狀態(tài)的滑門閥66以可滑動的方式安裝在氣壓閥組件50中。當處于開啟狀態(tài)時，滑門閥66不阻塞通道52，并且使探頭114能夠被插入到球管14中。當把探頭114抽出時，滑門閥66向下滑動，使得環(huán)形墊圈68與滑門閥66形成氣密密封，防止氣體在球囊12的內(nèi)部和氣壓閥組件50的端部60之間流動。
因此，氣壓閥組件50提供了幾種用于在將探頭或內(nèi)窺鏡引入到球囊中時控制球囊12的膨脹和收縮的方法。例如，如果球囊12最初是癟的，則可以將滑門閥66向下移至其關閉位置，然后可以用一個氣泵(未示出)將氣體通過壓氣入口64泵入到球囊12中，直至球囊被充至所需的壓力?；T閥66和環(huán)形墊圈68防止任何氣體從端部60泄漏。當探頭114或其它這類裝置被插入到通道52中并且其靶端126伸到環(huán)形墊圈62之外時，可以將滑門閥66收回到其開啟位置，如圖4所示。由環(huán)形墊圈62和探頭114形成的密封可以防止任何氣體從球囊中泄漏。然后可以將探頭114插入，使靶端126處在膨脹的球囊12中的預期位置，正如圖4所示。由于探頭114將通道22中的一些氣體壓入球囊12中，所以，探頭114的這種最終插入使得球囊12中的壓力有稍許加大。壓力的這種稍許加大通常可以忽略不計，并且不會影響成套裝置210的工作。但是，在某些情況下，需要在入口64上連接一個壓力控制閥(未示出)，以便在探頭114被插入時維持恒定的壓力。
現(xiàn)在結(jié)合對膀胱所進行的典型的放射治療來討論成套裝置210的操作。本領域的技術人員應當明白，可以以類似的方式實現(xiàn)對其它體腔的放射治療。參照圖5A和5B，先將套管214插入到病人的尿道中，使遠端216位于尿道與膀胱300的交界處附近。套管214的近端220留在病人的體外。圖5A簡要示出病人的體表壁。從圖5A中還可看到，膀胱最初呈不規(guī)則的形狀。
在這個優(yōu)選實施例中，成套裝置210包括一個用于對正的V形導軌410，后面還將對此進行說明。V形導軌410具有一個支承著一個V形槽412的表面，該表面沿著軸430延伸?？梢詫訆A具224固定在V形導軌410的一端，并且將集流腔223夾到對接夾具224中。當集流腔223被夾在了對接夾具224中時，套管214的套管軸230與V形導軌410的軸430平行。
當把套管214插入到病人體內(nèi)，使遠端216位于尿道和膀胱交界處附近時，通過將集流腔223夾到對接夾具224中使V形導軌410和套管214對正。然后，如圖5A所示，將氣壓閥組件50放到V形槽412中。當氣壓閥組件50被放置到槽412中，球管14的球管軸30基本上與套管軸230同軸。球囊12最初是癟的，并且被壓緊，因此它沿中心軸30延伸，并且球囊12的外徑不大于球管14的外徑。然后沿著槽412將氣壓閥組件50推向?qū)訆A具224，將癟的球囊12和球管14通過套管214插入。這些部件的尺寸最好滿足這樣的條件當氣壓閥組件50緊靠著對接夾具224時，球管14的遠端16正好伸到套管214的遠端216外，使球囊伸入到膀胱300中。
圖6示出氣壓閥組件50緊靠著對接夾具224，球囊12呈膨脹狀態(tài)，因此球囊12已將膀胱300擴張成均勻的球形。在多數(shù)情況下，在使球囊膨脹之前需要先(通過套管214的尿液通道中的氣流)使膀胱300膨脹，使得在使球囊膨脹的過程中作用到膀胱上的應力最小。如圖6所示，在球囊12膨脹之后，來自病人身體中的內(nèi)部壓力通常會引起球囊12相對于套管214產(chǎn)生移位，使得球囊軸13以一定角度偏離套管/球管軸30，230。出現(xiàn)這種偏移的原因是，盡管球囊12是非彈性的或不能擴張的，但球囊12與引導管14之間的連接處是柔性的。由于軸13和30出現(xiàn)這樣的偏移，所以很難保證在將X射線探頭114插入到引導管14中時使其尖端126處在球囊12的中心。
圖7示出一個內(nèi)窺鏡500被插入到球囊12中。通過使V形導軌410和套管214以及球管14一道圍繞著球管的遠端16(已預先將其放置于膀胱頸附近，即尿道與膀胱的交界處附近，從解剖學來講，這是旋轉(zhuǎn)這些管件的最理想位置)旋轉(zhuǎn)，可以校正軸13和30之間的偏移。利用一個內(nèi)窺鏡或其它光學觀察裝置來觀察基準標記18可以證實軸13與30是否對正。
如本領域中所公知，內(nèi)窺鏡通常是由一些光纖或透鏡在一個細長的圓柱形外殼中排成一線構(gòu)成的。最好將內(nèi)窺鏡500的外徑選擇得與X射線探頭114的相近，使內(nèi)窺鏡500能夠與氣壓閥組件500形成氣密密封。因此，將內(nèi)窺鏡500插入到球管14中不會引起球囊壓力的損失。圖7示出，內(nèi)窺鏡500被固定在一個圓柱形的內(nèi)窺鏡夾持裝置502中，夾持裝置502的尺寸滿足這樣的條件當夾持裝置502放置在V形槽412中時，內(nèi)窺鏡500的軸與球管14的軸30同軸(如圖4所示)，因而只要沿著V形槽412將夾持裝置502推向氣壓閥組件50便能將內(nèi)窺鏡500插入到球管14中。一個CCD攝相機504被固定在夾持裝置502上，以顯示出通過內(nèi)窺鏡500觀察到的球囊內(nèi)部的情況。內(nèi)窺鏡500的鏡片上最好帶有與內(nèi)窺鏡500的中心軸對準的十字準線。通過將內(nèi)窺鏡500的十字準線與基準標記18對準可以使得球囊軸13與球管軸30對準。
一旦完成了軸13和30的對準，則最好將V形導軌410鎖定在一個合適的位置上以保持住這種對準。成套裝置210最好包括一個用于支撐V形導軌410的多軸支撐系統(tǒng)(如圖8A-B所示)。圖8A和8B分別是一個多軸支撐系統(tǒng)600的正視圖和側(cè)視圖。支撐系統(tǒng)600最好是具有至少五個自由度(x，y，x，θ(極角)和(方位角))，以便其能夠方便地以任意角度支撐V形導軌410，同時使球管的遠端固定在空中。圖8A示出氣壓閥組件50和放置在V形導軌410上的內(nèi)窺鏡夾持裝置502以及支撐V形導軌410的支撐系統(tǒng)600。V形導軌的放置使得軸13和30不對準。一旦將它們對準，則最好將V形導軌410和支撐系統(tǒng)600固定或鎖定住，使外科醫(yī)生能夠取出內(nèi)窺鏡500，然后將X射線探頭114插入，同時不必擔心會破壞上述兩軸的對準。
利用滑門閥66能夠保證在不損失球囊12中的壓力的條件下抽出內(nèi)窺鏡500以及插入探頭114(因為球囊12中壓力的損失以及使球囊再度膨脹都有可能破壞上述對準)。將內(nèi)窺鏡500抽出的辦法是，將夾持裝置502收回，使內(nèi)窺鏡500的遠端剛好退回到滑門閥66之外，因而它仍然處在環(huán)形墊圈62的前方，所以內(nèi)窺鏡500仍然與氣壓閥組件50保持氣密密封。然后將滑門閥66移到其關閉位置(如圖6所示)，再將內(nèi)窺鏡500從氣壓閥組件50中完全抽出來。然后將探頭114插入到氣壓閥組件50中，使靶126處在環(huán)形墊圈68的前方，使得探頭114與氣壓閥組件50形成氣密密封。然后將滑門閥66移到其開啟位置，并將探頭114插入到球囊12中。
圖9示出探頭114已被插入，靶126處在膨脹的球囊12的中央。探頭114的盒體112的形狀滿足這樣的條件當盒體112被置于V形槽412上時，探頭114與球管14的軸30對準，因此只需要沿著V形槽412將盒體112推向氣壓閥組件50就可以將探頭114插入到球管14中。另外，盒體112和探頭114的尺寸最好是滿足這樣的條件當盒體112靠著氣壓閥組件50時，靶126處在膨脹的球囊12的中央。
一旦靶126處在了球囊12的中央，則使X射線源110工作，將一束電子束入射到靶126上，使靶126產(chǎn)生X射線。由于靶126相當于一個標稱的點源，所以它產(chǎn)生一個具有球形的等劑量輪廓的X射線場。因此，均勻劑量的X射線被傳送到了覆在膀胱300上的組織上。
在治療結(jié)束后，將探頭114取出，再以上面所述的方式使球囊癟掉。然后將癟掉的球囊12、導管14和套管214從身體中抽出。
因此，成套裝置210能夠?qū)⒕鶆騽┝康腦射線傳送到覆在一個體腔中的組織上。由于X射線是從體腔中產(chǎn)生的，所以它在到達靶點之前不需要穿過病人的骨骼或皮膚以及其它組織。因此，成套裝置210能夠在基本上不對非靶組織產(chǎn)生輻射的條件下將均勻劑量的X射線傳送到覆在一個體腔中的組織上。此外，由于X射線在到達靶點之前不需要首先穿透非靶組織，所以與已有技術相比可以采用比較低能量的X射線。
本發(fā)明的裝置除了如上面所述能夠向覆在體腔中的組織提供均勻劑量的輻射外，還能夠用于產(chǎn)生一種用來治療腫瘤或其它局部損傷的特定的輪廓劑量。圖10示出一種治療腫瘤310的裝置。在該實施例中，用一個產(chǎn)生具有受控的空間分布的X射線場的探頭尖146取代了X射線探頭114的總體上相當于一個點X射線源或全方向的X射線源的標準探頭尖。探頭尖146的制作方法通常是用一個在本領域中有時被稱作陰罩的、厚度可變的X射線防護罩覆蓋住標準的探頭尖。上面提到的名稱為“具有一定形狀的輻射形式的X射線源”的第08/184271號美國專利申請更為全面地描述了這種X射線防護罩。
放置探頭尖146時最好使其幾乎挨到與腫瘤310相鄰的球囊12，然后再啟動探頭114以產(chǎn)生X射線。如圖10所示，探頭尖146產(chǎn)生一個包容在由線148和150表示的邊界內(nèi)的X射線場，因此，腫瘤310受到了有效的放射治療，同時只有很少量的健康組織曝露在輻射中。
上面所述的幾種將管14和球囊12對準的方法也適用于治療腫瘤310。例如，在使球囊12膨脹之后，可插入一個內(nèi)窺鏡以便對腫瘤進行定位。一旦將球管14的軸30與腫瘤310對準，便將內(nèi)窺鏡抽出，再將探頭114插入，直到靶146幾乎碰到球囊12的內(nèi)表面。
圖10示出了對正對著球管14的遠端16的腫瘤310進行治療的情形。如圖11-13所示，同樣的裝置可用于治療位于膀胱的不同部位的腫瘤。圖11中的腫瘤315也位于膀胱的穹窿上但不處在其尖部。因此，為了將探頭尖146貼近腫瘤315放置，將管14對準腫瘤，使球管軸30不與球囊軸13同軸?？梢匀缟厦嫠?，利用一個內(nèi)窺鏡將球管軸30與腫瘤315對準以完成所述的對準。軸13和30不對準的原因可以是以下幾種由制造誤差造成它們彼此錯開；球囊被身體的力推到一側(cè)；或者，為了將探頭放置到位于體腔壁上的腫瘤附近而有意地使套管偏移。在后兩種情況下，會在球囊12上產(chǎn)生如圖11所示的皺折28。由于球囊的材料實質(zhì)上是非彈性的，所以球囊不會通過伸展來適應軸13和30的偏離。在對準之后，將X射線探頭114插入到管14中，直到靶146幾乎碰到球囊12的與腫瘤315相鄰的表面。再將探頭尖146適當?shù)卣肿?，使從?46發(fā)出的X射線被局限在以線148和150作為邊界的區(qū)域中。
圖12示出對腫瘤320進行治療的情形，該腫瘤320比圖11所示的腫瘤315更加靠近尿道與膀胱的交界處 通過按照上面所述的方式將導管12的軸30與腫瘤320對準來實現(xiàn)對腫瘤320的治療。在這個優(yōu)選實施例中，球囊12和管14的連接處的構(gòu)造容許實現(xiàn)上述對準，可以在0度和90度之間調(diào)節(jié)球囊軸13和導管軸30之間的角度。在對準之后，將X射線探頭114插入到管14中，直到探頭尖146幾乎碰到球囊12的與腫瘤320相鄰的表面。再將探頭尖146適當?shù)卣肿。箯陌?46發(fā)出的X射線被限制在以線148和150作為邊界的區(qū)域中。
圖13示出對腫瘤330進行治療的情形，該腫瘤330比圖12所示的腫瘤320更加靠近尿道與膀胱的交界處。腫瘤330與尿道和膀胱的交界處靠得如此之近，所以不可能使軸30與腫瘤330對準。在這種情況下，通過使探頭尖146盡可能地靠近腫瘤330來實現(xiàn)對腫瘤的治療。將探頭尖放置在最佳治療區(qū)的一個辦法是利用內(nèi)窺鏡來確定腫瘤的位置，在內(nèi)窺鏡的尖端盡可能地靠近腫瘤時，測定內(nèi)窺鏡插入到球囊中的距離。然后便可以將X射線探頭放置到同樣的位置上，因為探頭的長度是已知的。同樣，選擇探頭尖146，使得由其產(chǎn)生的X射線被限制在由線148和150作為邊界的區(qū)域內(nèi)，于是可以在只有最少量的健康組織曝露在X射線中的條件下對腫瘤330進行放射治療。本領域的技術人員應當理解，對腫瘤330進行治療的時間要長一些，以補償由靶146和腫瘤之間的距離造成的影響，因為輻射強度與距離之間有一個1/R2的遞減關系?；蛘撸绻鄳卦黾佑蒟射線探頭發(fā)出的能量，則可以使治療時間保持恒定。
在不偏離本發(fā)明的精神或基本特征的條件下還可以以其它一些具體的形式來實現(xiàn)本發(fā)明。例如，本文只是以采用球形球囊治療膀胱為例描述了本發(fā)明，本領域的技術人員應當理解，其它形狀的球囊可用于治療其它體腔，例如，可以將圓柱形的球囊應用到對結(jié)腸的治療中。
因此，上述這些實施例只是說明性的而非限定性的，本發(fā)明的范圍由其所附的權利要求限定，而不由前面的說明書限定。所以，落在這些權利要求的等同物的意義和范圍內(nèi)的所有變化都將包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種球管組件，用于將一個體腔擴張成一種預定的形狀，所述的球管組件包括A、一根管，所述的管沿著一條中心軸延伸，并且具有一個近端和一個遠端，所述的管限定了一個沿著所述的中心軸延伸的內(nèi)部通道；B、一個可膨脹的、基本上無彈性的球囊，所述的球囊附著在所述的管的所述遠端附近的部位上并從該部位延伸出去，當所述的球囊膨脹時，該球囊限定了一個預定的表面輪廓，該輪廓圍繞在一個沿著一條球囊軸延伸的內(nèi)部區(qū)域周圍，所述的內(nèi)部通道與所述球囊的內(nèi)部連通，所述的球囊軸與所述的中心軸在所述球管的所述遠端附近相交；C、一個校準裝置，工作于所述的管的所述近端，用于選擇性地將所述的球囊軸與所述的中心軸之間的角度方位調(diào)整成一個預定的角度方位。
2.如權利要求1所述的組件，其特征在于，所述的角度方位可以在0度和至少90度之間調(diào)節(jié)。
3.如權利要求1所述的組件，其特征在于，所述的校準裝置包括位于所述球囊上的一個基準區(qū)域，可以從所述的內(nèi)部區(qū)域中確定所述的基準區(qū)域與所述的中心軸之間的相對位置。
4.如權利要求3所述的組件，其特征在于，所述的基準區(qū)域位于所述的球囊的內(nèi)部，并且所述的基準區(qū)域在受到一個預定譜范圍內(nèi)的入射光照射后會發(fā)出熒光。
5.如權利要求4所述的組件，其特征在于，還包括用于以所述的預定譜范圍內(nèi)的光照射所述的基準區(qū)域的裝置和用于檢測由所述的基準區(qū)域發(fā)出的熒光的裝置。
6.如權利要求1所述的組件。其特征在于。還包括用于控制所述的球囊內(nèi)部區(qū)域中的壓力的充氣裝置，所述的充氣裝置位于所述的近端附近。
7.如權利要求6所述的組件，其特征在于，所述的充氣裝置包括一條在所述的內(nèi)部通道和一個氣壓源之間延伸的氣流通道。
8.如權利要求1所述的組件，其特征在于，所述的球囊在膨脹狀態(tài)下對稱地圍繞在所述的球囊軸周圍。
9.如權利要求1所述的組件，其特征在于，所述的預定表面輪廓是球形。
10.如權利要求1所述的組件，其特征在于，所述的預定表面輪廓是圓柱形。
11.如權利要求1所述的組件，其特征在于，所述的管具有一個內(nèi)壁和一個外壁，所述的內(nèi)壁限定了所述內(nèi)部通道的一個邊界，所述的引導管具有一條冷卻通道，所述的冷卻通道位于所述的內(nèi)壁和所述的外壁之間，并從所述外壁中的一個液體入口延伸到所述外壁中的一個液體出口。
12.如權利要求11所述的組件，其特征在于，所述的液體入口和所述的液體出口位于所述的近端附近。
13.如權利要求12所述的組件，其特征在于，所述的冷卻通道延伸到所述遠端附近的一個點上。
14.如權利要求1所述的組件，其特征在于，所述的球囊在縮癟時能夠被塞入到一個沿著一條基本上平行于所述的中心軸的軸延伸的空間中。
15.如權利要求1所述的組件，其特征在于，所述的管具有一個外徑，所述的球囊在縮癟時能夠被塞入到一個空間中，而這個空間的外徑小于或等于所述管的所述外徑。
16.一種用于將X射線作用到一個體腔的內(nèi)表面上的成套裝置，所述的成套裝置包括A、一個X射線源引導組件，所述的組件包括i、一個沿著一條套管軸延伸的引導套管，所述的引導套管具有一個近端和一個遠端，所述的引導套管限定了一個沿著所述的套管軸延伸的內(nèi)部通道；ii、一個沿著一條中心軸延伸的球管，所述的球管具有一個近端和一個遠端，所述的球管限定了一個沿著所述的中心軸延伸的內(nèi)部通道，所述的球管可以插入到所述的引導套管的所述內(nèi)部通道中；以及iii、一個可膨脹的、基本上無彈性的球囊，所述的球囊附著在所述的管的所述遠端附近的部位上并從該部位延伸出去，當所述的球囊膨脹時，該球囊限定了一個預定的表面輪廓，該輪廓圍繞在一個沿著一條球囊軸延伸的內(nèi)部區(qū)域周圍，所述的球管的內(nèi)部通道與所述球囊的內(nèi)部連通，所述的球囊軸與所述的中心軸在所述球管的所述遠端附近相交；B、一個與所述的管共同工作的X射線源，所述的X射線源包括一個X射線產(chǎn)生器，所述的X射線產(chǎn)生器位于一個細長的管狀元件的靶端上或靶端附近，可以將所述的管狀元件以能夠滑動的方式放置于所述的內(nèi)部通道中，使所述的靶端能夠位于處于膨脹狀態(tài)的球囊中。
17.如權利要求16所述的成套裝置，其特征在于，還包括一個校準裝置，用于選擇性地將所述的球囊軸與所述的中心軸之間的角度方位調(diào)整成一個預定的角度方位。
18.如權利要求17所述的成套裝置，其特征在于，所述的角度方位可以在0度和至少90度之間調(diào)節(jié)。
19.如權利要求17所述的成套裝置，其特征在于，所述的校準裝置包括位于所述球囊上的一個基準區(qū)域，可以從所述的內(nèi)部區(qū)域中確定所述的基準區(qū)域與所述的中心軸之間的相對位置。
20.如權利要求19所述的成套裝置，其特征在于，所述的基準區(qū)域位于所述的球囊的內(nèi)部，并且所述的基準區(qū)域在受到一個預定譜范圍內(nèi)的入射光照射后會發(fā)出熒光。
21.如權利要求20所述的成套裝置，其特征在于，還包括用于以所述的預定譜范圍內(nèi)的光照射所述的基準區(qū)域的裝置和用于檢測由所述的基準區(qū)域發(fā)出的熒光的裝置。
22.如權利要求16所述的成套裝置，其特征在于，還包括用于控制所述的球囊內(nèi)部區(qū)域中的壓力的充氣裝置，所述的充氣裝置位于所述的近端附近。
23.如權利要求22所述的成套裝置，其特征在于，所述的充氣裝置包括一條在所述的內(nèi)部通道和一個氣壓源之間延伸的氣流通道。
24.如權利要求22所述的成套裝置，其特征在于，所述的充氣裝置具有一條沿著一條基本上與所述的球管中心軸同軸的軸延伸的第一通道，所述的第一通道的一端與所述球管的近端相鄰，可以將所述的套管元件以可滑動的方式放置到所述的第一通道中。
25.如權利要求24所述的成套裝置，其特征在于，所述的充氣裝置包括一個密封裝置，用于在所述的管狀元件插入在所述的第一通道中時維持所述球囊的內(nèi)部區(qū)域中的壓力。
26.如權利要求25所述的成套裝置，其特征在于，所述的密封裝置包括一個O型環(huán)。
27.如權利要求24所述的成套裝置，其特征在于，所述的充氣裝置包括一個閥，用于將所述的第一通道密封以維持所述的球囊內(nèi)部的壓力。
28.如權利要求16所述的成套裝置，其特征在于，所述的球囊在膨脹狀態(tài)下對稱地圍繞在所述的球囊軸周圍。
29.如權利要求28所述的成套裝置，其特征在于，所述的靶端可以被放置到所述球囊的中心。
30.如權利要求16所述的成套裝置，其特征在于，所述的預定表面輪廓為球形。
31.如權利要求16所述的成套裝置，其特征在于，所述的預定表面輪廓為圓柱形。
32.如權利要求16所述的成套裝置，其特征在于，所述的球管具有一個外壁和一個內(nèi)壁，所述的內(nèi)壁限定了所述內(nèi)部通道的一個邊界，所述的管具有一條冷卻通道，所述的冷卻通道位于所述的內(nèi)壁和所述的外壁之間，從所述外壁中的一個液體入口延伸到所述外壁中的一個液體出口。
33.如權利要求32所述的成套裝置，其特征在于，所述的液體入口和所述的液體出口位于所述的近端附近。
34.如權利要求33所述的成套裝置，其特征在于，所述的冷卻通道延伸到所述遠端附近的一個點上。
35.如權利要求16所述的成套裝置，其特征在于，所述的X射線產(chǎn)生器是一個全方向的產(chǎn)生器。
36.如權利要求16所述的成套裝置，其特征在于，所述的靶端具有一個屏蔽裝置，用于控制由所述X射線產(chǎn)生器發(fā)出的所述X射線的等劑量輪廓的空間分布。
37.如權利要求36所述的成套裝置，其特征在于，所述的屏蔽裝置包括一個屏蔽罩，所述的屏蔽罩的特征是具有一個選定的X射線傳送輪廓，所述的屏蔽罩位于所述的X射線產(chǎn)生器近旁。
38.如權利要求16所述的成套裝置，其特征在于，所述的套管的所述遠端可以被放置到靠近所述體腔的身體部位中，所述的管和所述的處于縮癟狀態(tài)的球囊能夠被以可滑動的方式放置到所述的套管中。
39.如權利要求38所述的成套裝置，還包括一個校準裝置，其特征在于，所述的校準裝置包括一個沿著一條導軌軸延伸的導軌以及一個用于夾住所述的套管的裝置，當所述的校準裝置將所述的套管的所述近端夾住時，所述的導軌軸平行于所述套管的所述中心軸。
40.如權利要求39所述的成套裝置，其特征在于，所述套管的所述近端能夠以可滑動的方式安裝于所述的導軌上，因此，當所述套管的所述近端被安裝在所述的導軌上時，所述的套管能夠以可滑動的方式位于所述的套管中。
41.如權利要求40所述的成套裝置，其特征在于，所述X射線源的一個近端能夠被可滑動地安裝在所述的導軌上，使得當所述X射線源的所述近端被安裝在所述的導軌上時，所述靶端能夠可滑動地處在所述的套管中。
42.如權利要求16所述的成套裝置，其特征在于，所述的球囊在縮癟時能夠被塞入到一個沿著一條基本上平行于所述的中心軸的軸延伸的空間中。
43.如權利要求16所述的成套裝置，其特征在于，所述的套管具有一個內(nèi)徑，所述的球囊在縮癟時能夠被塞入到一個空間中，而這個空間的外徑小于或等于所述套管的所述內(nèi)徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將一個體腔擴張成一種預定的形狀的組件。所述的組件包括一個附著在一個球管(24)的遠端上的非彈性球囊(12)。管(214)限定了一個沿著一條中心軸延伸的內(nèi)部通道(222),內(nèi)部通道(222)與球囊的內(nèi)部連通,因而能夠從管(214)的近端控制球囊(12)的膨脹和收縮。當球囊膨脹時,該球囊限定了一個預定的表面輪廓,該化廓圍繞在一個沿著球囊軸延伸的內(nèi)部區(qū)域周圍。一個校準裝置工作于管(214)的近端,用于選擇性地將球囊軸與中心軸之間的角度方位調(diào)整成一個預定的角度方位。導管可以是一個成套裝置的一部分,用于向一個體腔提供放射治療,它包括一個具有一個X射線產(chǎn)生器(116)的X射線源(114),X射線產(chǎn)生器(116)位于一個細長的管狀元件(214)的靶端上或靶端附近,管狀元件(214)能夠以可滑動的方式放置于內(nèi)部通道(222)中,使所述的靶端能夠位于處于膨脹狀態(tài)的球囊中。在體腔內(nèi)使球囊(12)膨脹以及將靶端放置在膨脹的球囊(12)中使得將具有特定劑量輪廓的輻射傳送到覆在體腔中的組織上成為可能。
文檔編號A61F2/958GK1202809SQ96198516
公開日1998年12月23日 申請日期1996年10月4日 優(yōu)先權日1995年10月6日
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