PL233388B1 - Fantom do określania przestrzennego rozkładu temperatur wewnątrz organizmu poddawanego nagrzewaniu niejonizującym promieniowaniem elektromagnetycznym, zwłaszcza dla hipertermii - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest fantom do określania przestrzennego rozkładu temperatur wewnątrz organizmu poddawanego nagrzewaniu niejonizującym promieniowaniem elektromagnetycznym, zwłaszcza dla hipertermii. Fantom umożliwia kontrolę procesu nagrzewania, towarzyszącego ekspozycji na promieniowanie elektromagnetyczne. Za odwzorowanie rozkładu temperatury odpowiedzialne są substancje termochromowe.

Hipertermia stanowi w onkologii jedną z metod leczenia nowotworów złośliwych. Jest to technika nagrzewania zmian nowotworowych w celu zniszczenia ich komórek albo zahamowania ich wzrostu. W trakcie hipertermii komórki poddaje się oddziaływaniu temperatury mieszczącej się w zakresie od 40 do 43°C.

W hipertermii miejscowej obszar objęty leczeniem ogranicza się bezpośrednio do zmiany nowotworowej. W przypadku leczenia miejscowego, wykorzystuje się aplikatory umieszczane na powierzchni ciała nad guzem. Stosowana energia cieplna pochodzi głównie z urządzeń emitujących fale radiowe i mikrofale oraz ultradźwięki. Głębokość penetracji zwykle nie przekracza 3 cm. Wskazaniami do terapii zewnętrznej są m.in. wznowy powierzchownych nowotworów ściany klatki piersiowej, czerniaki, przerzuty w węzłach chłonnych, powierzchowne nowotwory głowy i szyi. Hipertermii dojamowej używa się w przypadku nowotworów umiejscowionych w naturalnych jamach ciała i w ich pobliżu, np. nowotwory przełyku, odbytnicy, szyjki macicy. Aplikatory umieszczane są wewnątrzjamowo, pozostając w ścisłym kontakcie ze zmianą nowotworową. Na powierzchnie ciał przyczepia się elektrodę w celu uzyskania właściwego rozkładu energii. Metodą pośrednią między hipertermią ogólnoustrojową a regionalną jest tzw. part-body hyperthermia, w której podwyższonej temperaturze poddaje się większy region ciała, np. miednicę, czy całą jamę brzuszną.

Hipertermia regionalna charakteryzuje się podgrzewaniem większych partii ciała, takich jak organy, kończyny czy jamy ciała. Stosuje się wówczas aplikatory zewnętrzne, ułożone w formie pierścienia dookoła pacjenta.

Przeprowadzone badania nad hipertermią dowodzą skuteczności tej metody. Jednak jednym z czynników ograniczających szersze stosowanie hipertermii w terapii stanowi trudność w ocenie rozkładu pola elektromagnetycznego wewnątrz organizmu, co może prowadzić do lokalnych przegrzań, niezwykle groźnych zwłaszcza, że zabiegi odbywają się na granicy temperatur prowadzących do nieodwracalnego zniszczenia komórek.

Jedyną metodą pozwalającą na ocenę zjawisk termicznych w organizmie jest monitoring sesji terapeutycznej, który przeprowadza się przy użyciu tomografu i rezonansu magnetycznego, co pozwala na obserwację zmian perfuzji i temperatury podgrzewanego miejsca. Stosuje się też systemy integrujące ww. urządzenia z zestawem aplikatorów do hipertermii. Metody mają jednak tę niedogodność, że pomijając koszty i stopień skomplikowania takiej aparatury, wszelkie regulacje dokonywane są podczas zabiegu terapeutycznego, bezpośrednio na organizmie pacjenta, co skutkuje zwiększeniem działań ubocznych.

Pole elektromagnetyczne wnikając w organizm człowieka wchodzi w interakcje z substancjami stanowiącymi jego budulec. Wskutek tego następuje rozgrzanie substancji oraz oddziaływanie organizmu na fale elektromagnetyczne poprzez ich pochłanianie, odbijanie, rozpraszanie. Wskutek tych oddziaływań, mimo, że wiązka jest skierowana na określone miejsce, nie gwarantuje to, że wyłącznie w takim miejscu uzyska się pożądany wzrost temperatury. Sytuacja dodatkowo komplikuje się, gdy stosowanych jest więcej aplikatorów i źródeł fali elektromagnetycznej, gdyż powstaje zjawisko interferencji fal. Fale stosowane w hipertermii mieszczą się w zakresie centymetrowym, więc wynikające stąd dystanse i rozmieszczenia węzłów i strzałek fal elektromagnetycznych są porównywalne z rozmiarami zmian chorobowych.

Substancje tworzące organizm żywy dzielą się z punktu widzenia teorii pola elektromagnetycznego na pochłaniające i/lub odbijające fale elektromagnetyczne oraz takie, które są dla promieniowania transparentne. Do pierwszej grupy zaliczają się m.in. woda i tłuszcz oraz częściowo tkanka kostna.

Z opisu patentowego Korei Południowej KR101431522 (B1) znany jest fantom do oceny zmian temperatury, spowodowanych na przykład promieniowaniem z urządzenia medycznego. Fantom ma postać przezroczystego lub półprzezroczystego ciała stałego i wykonany jest z substancji skupiającej wypromieniowaną energię. Substancja ta jest ponadto równomiernie wymieszana z materiałami termochromowymi. Materiał termochromowy stanowi między innymi odwracalny pigment zeolitowy, posiadający właściwości zmiany koloru w zakresie temperatur od 0°C do 80°C. Wymieszanie z substan

PL 233 388 B1 cją termochromową powoduje jednak, że partie fantomu umieszczone głębiej pozostają niewidoczne wskutek zasłonięcia ich przez termochromowe cząstki. Głęboka wizualizacja przestrzenna rozkładu temperatur jest więc utrudniona.

W publikacji zgłoszenia CN103162857 (A) ujawniono wskaźnik temperatury, który zawiera kryształ fotoniczny i zbudowany jest jako blok wykonany z hydrożelu, stanowiącego element termoczuły i monodyspersyjnej koloidalnej emulsji mikrosferycznej. Kryształy fotoniczne wykorzystują m.in. zjawisko załamania światła. Wskutek oddziaływania ich z substancją pochłaniającą promieniowanie zmienia się ich współczynnik załamania światła.

Fantom według niniejszego wynalazku pozwala na zmniejszenie trudności związanych z oceną zjawisk termicznych zachodzących w organizmie w trakcie terapii hipertermicznej.

Istota fantomu do określania przestrzennego rozkładu temperatur wewnątrz organizmu poddawanego nagrzewaniu niejonizującym promieniowaniem elektromagnetycznym, zwłaszcza dla hipertermii zbudowanego ze struktur wodnych zawierających przezroczystą substancję pochłaniającą wodę oraz wyposażonego w indykatory temperatury, polega na tym, że zawiera dodatkowo przeźroczyste struktury olejowe, rozmieszczone w miejscach występowania tanek tłuszczowych w danym obiekcie i odwzorowujące ich zachowanie, a indykatory temperatury stanowią ciekłe kryształy i rozmieszczone są w strukturach wodnych i olejowych punktowo.

Korzystnie, strukturę wodną zawierającą przezroczystą substancję pochłaniającą wodę stanowi hydrożel.

Korzystnie, fantom zawiera dodatkowo struktury kostne symulujące zachowanie tkanki kostnej.

Korzystnie, fantom zawiera dodatkowo struktury olejowe w formie transparentnych woreczków napełnionych transparentnym olejem, ułożone warstwowo na fantomie, odwzorowujące indywidualne rozmieszczenie tkanki tłuszczowej, charakterystyczne dla danego osobnika.

Podstawę fantomu stanowią struktury wodne zawierające przezroczystą substancję pochłaniającą wodę, ponieważ to woda jest składnikiem dominującym w organizmach żywych. Fantom posiadający struktury wodne, korzystnie wykonane z hydrożelu nasączonego wodą, może być wykonany jako monolit z pozostawieniem przestrzeni przygotowanych na umieszczenie w nich struktur olejowych oraz struktur kostnych, w miejscach gdzie naturalnie występują one w organizmie. Ponieważ tłuszcz może występować nie tylko samoistnie ale też w kombinacji z tkankami uwodnionymi, struktury olejowe uzyskuje się poprzez wstrzykiwanie oleju w miejsca, gdzie przewiduje się lokalizację tłuszczu w organizmie. W ten sposób odzwierciedla się zarówno samoistne występowanie tłuszczu, jak również w powiązaniu z tkankami uwodnionymi. Ponadto struktury olejowe mogą mieć postać przeźroczystych woreczków napełnionych olejem, które nakłada się warstwami na fantom, w celu poprawnego odwzorowania zmienności rozmieszczenia i rozmiarów i rozmiarów tkanki tłuszczowej dla indywidualnych przypadków.

Fantom może być również zestawiony z fantomów poszczególnych organów wewnętrznych, utworzonych i wzorcowanych w oddzielnym procesie.

Struktury kostne odwzorowuje się poprzez introdukcję do fantomu elementów z tworzyw sztucznych lub też z naturalnych kości zwierzęcych lub ludzkich.

W tak utworzonym fantomie rozmieszczone są indykatory temperatury wykonane z ciekłych kryształów najczęściej wykorzystujących właściwości termooptyczne chiralnych nematyków (cholesteryków). Skręcenie molekuł, czyli skok śruby zależy od temperatury. Z wartością skoku śruby wiąże się długość fali światła selektywnie odbitego. Cienka warstwa wykonana z ciekłych kryształów oświetlona światłem białym przepuszcza większą część promieniowania, a odbija tylko światło o długości fali odpowiadającej skokowi śruby. Jeśli zatem z tyłu warstwy umieszczone zostanie czarne tło, absorbujące promieniowanie przepuszczone, to na tym tle pojawi się światło o barwie selektywnie odbitej. Zmiana barwy może być znaczna przy niewielkiej zmianie temperatury, od zielonej do czerwonej lub niebieskiej przy ochłodzeniu lub ogrzaniu warstwy o 1 K.

Fantom według niniejszego wynalazku przedstawiony został w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym przedstawiony jest on w widoku z boku.

Przedstawiony na rysunku fantom zestawiony jest z dwóch części, przedniej 1 i tylnej 2, wykonanych jako monolity z transparentnego hydrożelu nasączonego wodą, stanowiących struktury wodne 3. W struktury wodne 3 wstrzyknięty jest przeźroczysty olej stanowiący struktury olejowe 4. Struktury olejowe 4 nastrzyknięte zostały w miejsca naturalnie występującej tkanki tłuszczowej. Dla dopasowania do indywidualnego przypadku tkankę tłuszczową odwzorowano stosując dodatkowo struktury olejowe 4 w postaci przeźroczystych woreczków 4a napełnionych transparentnym olejem, poprzez

PL 233 388 B1 nałożenie ich warstwami na fantom. Fantom posiada ponadto rozmieszczone zgodnie z naturalnym występowaniem struktury kostne 5. W strukturach wodnych 3 i olejowych 4 oraz w woreczkach 4a, z zachowaniem odstępów nie mniejszych niż 3 cm, rozmieszczone są indykatory 6 temperatury. Indykatory 6 temperatury stanowią ciekłe kryształy, umożliwiające wizualizację jej zmian i rozkładu przestrzennego również w głębszych warstwach fantomu. Dzięki zachowanym odstępom pomiędzy indykatorami 6 temperatury eliminuje się zjawisko zasłaniania indykatorów 6 położonych głębiej przez indykatory 6 położone płycej. Na tak utworzony fantom, w celu realizacji wizualizacji temperatury nakierowuje się na badane miejsca urządzenia 7, będące źródłem promieniowania elektromagnetycznego, stosowanego w hipertermii.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Fantom do określania przestrzennego rozkładu temperatur wewnątrz organizmu poddawanego nagrzewaniu niejonizującym promieniowaniem elektromagnetycznym, zwłaszcza dla hipertermii zbudowany ze struktur wodnych zawierających przezroczystą substancję pochłaniającą wodę oraz wyposażony w indykatory temperatury, znamienny tym, że zawiera dodatkowo przeźroczyste struktury olejowe (4), rozmieszczone w miejscach występowania tanek tłuszczowych w danym obiekcie i odwzorowujące ich zachowanie, a indykatory (6) temperatury stanowią ciekłe kryształy i rozmieszczone są w strukturach wodnych (3) i olejowych (4) punktowo.
2. 2. Fantom według zastrz. 1, znamienny tym, że przezroczystą substancję pochłaniającą wodę stanowi hydrożel.
3. 3. Fantom według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera dodatkowo struktury kostne (5) symulujące zachowanie tkanki kostnej.
4. 4. Fantom według któregokolwiek z poprzednich zastrz., znamienny tym, że zawiera dodatkowo struktury olejowe (4), w formie transparentnych woreczków (4a) napełnionych transparentnym olejem, ułożone warstwowo na fantomie, odwzorowujące indywidualne rozmieszczenie tkanki tłuszczowej.