способ изготовления волоконных капилляров и гибкий волновод из волоконных капилляров

Формула изобретения

1. Способ изготовления волоконных капилляров, включающий подачу стеклянной трубчатой заготовки в зону нагрева, покрытие внутренней поверхности заготовки адсорбируемым материалом и вытягивание из нее капилляра, отличающийся тем, что покрытие внутренней поверхности заготовки и вытягивание капилляра осуществляют одновременно на стадии пластической деформации, а в качестве адсорбируемого материала используют твердотельные материалы с высокими диамагнитными свойствами.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что покрытие внутренней поверхности заготовки адсорбируемым материалом осуществляют перед подачей ее в зону нагрева при соотношении температур размягчения заготовки и адсорбируемого материала более 2 1.

3. Гибкий волновод из волоконных капилляров, выполненный в виде пучка тонкостенных капиллярных волокон с входным и выходным торцами, отличающийся тем, что выходной торец пучка выполнен с возможностью изменения азимутально-радиального распределения волоконных капилляров.

4. Волновод по п. 3, отличающийся тем, что входной торец пучка капиллярных волокон снабжен раструбом.

5. Волновод по п. 4, отличающийся тем, что раструб выполнен из магнитоактивного материала.

6. Волновод по п. 3, отличающийся тем, что пучок тонкостенных капиллярных волокон содержит световоды.

7. Волновод по пп. 3 и 6, отличающийся тем, что один световод размещен в центре пучка, а остальные по его периферии.

8. Волновод по пп. 3, 6 и 7, отличающийся тем, что световод в центре пучка выполнен из радиально-градиентного моноволокна.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии изготовления волокнистых капилляров из кварцевого стекла и гибким волноводам на их основе, которые предназначены для использования в области онкологической радиологии для лучевой терапии злокачественных опухолей и могут быть использованы также в качестве основного конструктивного узла в других радиотерапевтических аппаратах аналогичного назначения.

Известен способ изготовления волоконных капилляров /полого стеклянного волокна/, заключающийся в вытягивании капилляров через фильтры из стекломассы с подачей воздуха под необходимым давлением в зону формования - "луковицу" /см. кн. "Стеклянные волокна", под ред. М.С. Аслановой, "Химия", Москва, 1979, с. 83-85, 230-233/.

Недостатком волоконных капилляров, полученных известным способом, является то, что, успешно используемые в качестве волоконных элементов для каналирования рентгеновского и гама-излучения, они оказались неэффективными для каналирования элементарных заряженных частиц, поскольку соприкосновение элементарной заряженной частицы с внутренней поверхностью капилляра вызывает появление на последней электрического заряда, блокирующего дальнейшее движение элементарных заряженных частиц вдоль просвета капилляра.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ изготовления волоконных капилляров, включающий подачу стеклянной трубчатой заготовки в зону нагрева и вытягивание из нее капилляра [1] .

Недостатком известного способа является также невозможность обеспечения каналирования заряженных частиц через стеклянный капилляр, внутренняя поверхность которого имеет проводящий слой, полученный путем термообработки капилляра в химически активной среде, например в атмосфере водорода.

Цель настоящего изобретения - транспортировка элементарных заряженных частиц /электронов, протонов, отрицательных пи-мезонов и т.п./ по криволинейным траекториям к объекту облучения и расширение технологических возможностей за счет обеспечения формирования дозного поля, облучения глубоко залегающих опухолей, освещения границ опухоли и т.д.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе изготовления волоконных капилляров, включающем подачу стеклянной трубчатой заготовки в зону нагрева, покрытие внутренней поверхности заготовки адсорбируемым материалом и вытягивание из нее капилляра, покрытие внутренней поверхности заготовки и вытягивание капилляра осуществляют одновременно на стадии пластической деформации, а в качестве адсорбируемого материала используют твердотельные материалы с высокими диамагнитными свойствами.

Другим отличием способа является то, что покрытие внутренней поверхности заготовки адсорбируемым материалом осуществляют перед подачей ее в зону нагрева при соотношении температур размягчения заготовки и адсорбируемого материала более 2:1.

Кроме того, предлагается также волновод из волоконных капилляров, изготовленных по вышеописанному способу.

Известно устройство протонного волновода /"ГАНТРИ"/ для изоцентрической ротационной протонной терапии пациента, лежащего на горизонтальной деке терапевтического стола, в котором протонный пучок проводится внутри изогнутого, вакуумного протонопровода, где пучок протонов удерживают с помощью электромагнитных линз / "Particles" A. Newsletter. Ed. J. Sisterson HCL. 1992, N 10:8/.

Поскольку протонный ускоритель /например фазотрон/ весит тысячи тонн и его нельзя вращать вокруг пациента, то всю громадную конструкцию устройства вращают вокруг горизонтальной оси с точностью порядка нескольких миллиметров. Стоимость одного волновода - несколько миллионов долларов.

Наиболее близким к заявляемому относится волновод /система/ из волоконных гибких капилляров, выполненный в виде пучка капиллярных тонкостенных волокон с входным и выходным торцами [2].

Известный волновод позволяет транспортировать только рентгеновское излучение и не может транспортировать элементарные частицы.

Для достижения поставленной цели в известном гибком волноводе из волоконных капилляров, выполненном в виде пучка тонкостенных капиллярных волокон с входным и выходным торцами, выходной торец пучка выполнен с возможностью изменения азимутально-радиального распределения волоконных капилляров.

Другим отличием гибкого волновода является то, что входной торец пучка снабжен раструбом, который может быть выполнен из магнитоактивного материала.

Еще отличие гибкого волновода состоит в том, что в пучке тонкостенных капиллярных волокон дополнительно содержатся световоды, при этом один из них может быть размещен в центре пучка и выполнен из радиальноградиентного моноволокна, а остальные световоды размещены по периферии пучка.

Технический результат обеспечивается за счет того, что рабочая поверхность капилляра, адсорбированная твердотельным материалом с высокими диамагнитными свойствами, обладает способностью отталкивать собственное магнитное поле движущейся элементарной заряженной частицы /эффект типа Мейснера/. Поскольку волновод представляет собой пучок тонкостенных капилляров с диаметром внутреннего канала порядка нескольких десятков микрометров, то он обладает достаточной гибкостью, чтобы провести поток заряженных частиц по криволинейной, произвольно изменяемой траектории. Это обстоятельство позволяет также на выходном торце волновода, обращенном к объекту облучения, капиллярным волокнам иметь азимутально-радиальное распределение, т.е. складываться в плотный пучок или расходиться в стороны подобно струйкам душа, что позволяет дозировать размеры поля облучения.

Наличие раструба помогает максимально сфокусировать поток заряженных частиц, исходящих от источника излучения на входной торец волновода.

В составе пучка тонкостенных капиллярных волокон могут находится световоды, с помощью которых при обследовании больного можно промаркировать световыми точками и осмотреть недоступное прямому осмотру поле облучения, находящееся, например, глубоко в операционной ране.

Заявленные способ и гибкий волновод представлены на чертежах.

На фиг. 1 схематично показан способ изготовления волоконных капилляров, на фиг. 2 - конструкция волновода, на фиг. 3 - поперечное сечение по капиллярам волновода.

Пример осуществления способа.

Для изготовления капилляра использовали трубчатую заготовку 2 диаметром 8,4/6,0 мм, состоящую из кварцевой основы /SiO₂, активированный ниодидом/, которую одним концом закрепляли в цанговом зажиме 1, а другим вводили в нагревающее устройство 4. На стадии пластической деформации в зону нагрева внутрь трубчатой заготовки 2 вводили адсорбируемый материал - кристаллы LiNbO₃. На этой же стадии при температуре 1950^oC плавились кристаллы, создавая покрытие 3 на внутренней поверхности вытягиваемых устройством 6 в этот момент капилляров 5. При этом подача заготовки 2 в зоны нагрева осуществлялась со скоростью 4 мм/мин, а вытягивание капилляра - со скоростью 2 м/мин. Полученное таким способом капиллярное волокно имело следующие параметры: наружный диаметр 350 мкм, внутренний диаметр - 185 мкм, толщина покрытия рабочей поверхности капилляра 2 мкм.

Гибкий волновод состоит из раструба 2, тонкостенных капиллярных волокон 3, сформированного пучка 4, световодов 5.

Волновод одним концом через раструб 2 подсоединен к источнику излучения 1, который, фокусируя поток заряженных частиц на входной торец пучка, транспортирует его по гибким волоконным капиллярам 3 к объекту облучения 6. При этом на выходном конце волновода, образованного к объекту облучения, можно произвольно изменять плотность упаковки волоконных капилляров и пространственную ориентацию отдельных капилляров, что позволяет проводить конвергентное или другие виды облучения.

Совокупность существенных признаков заявленного способа изготовления волоконных капилляров и гибкого волновода на их основе позволит обеспечить за счет полного отражения элементарных частиц от гладких стенок капилляров транспортировку ионизирующего излучения по криволинейным траекториям для внутриполостного облучения заряженными частицами глубоко залегающих опухолей, а также расширить возможности волновода как медицинского инструмента за счет его гибкости и малогабаритности, например его легко подвести к веку, миндалинам, ввести в щечно-десневой карман и т.д. При наличии в пучке световодов можно осмотреть поле облучения и скорректировать его границы.