DE102018120750B3

DE102018120750B3 - Applikator für ein medizinisches Strahlentherapiesystem und Verfahren zum Kalibrieren eines solchen

Info

Publication number: DE102018120750B3
Application number: DE102018120750.6A
Authority: DE
Inventors: Norman Röder; Frank Weigand
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2018-08-24
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2038-08-25

Abstract

Ein Applikator für ein medizinisches Strahlentherapiesystemumfasst eine Hülse 21 mit einem proximalen Ende 23, welches zur Befestigung an einer Röntgenquelle ausgebildet ist, und einem verschlossenen distalen Ende 25, wobei die Hülse eine Wand 31 aufweist, welche aus wenigstens einer ersten Materialschicht 33 und einer zweiten Materialschicht 35 gebildet ist, welche beide nacheinander von der Röntgenstrahlung durchsetzt werden, und wobei Röntgenabsorptionseigenschaften des Materials der zweiten Materialschicht von den Röntgenabsorptionseigenschaften des Materials der ersten Materialschicht verschieden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Applikator für ein medizinisches Strahlentherapiesystem und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Applikators für ein medizinisches Strahlentherapiesystem.
Ein medizinisches Strahlentherapiesystem umfasst eine Röntgenquelle mit einem Sockel und einem an den Sockel befestigten langgestreckten Stab, wobei während des Betriebs der Röntgenquelle an einem von dem Sockel entfernten distalen Ende des Stabes Röntgenstrahlung erzeugt wird. Das Strahlentherapiesystem umfasst ferner einen hülsenförmigen Applikator, welcher ein an dem Sockel der Röntgenquelle befestigtes proximales Ende und ein von dem Sockel entferntes verschlossenes distales Ende aufweist, das die Röntgenquelle umgibt. Der Applikator und die innerhalb des Applikators angeordnete Röntgenquelle können in eine Körperöffnung eines Patienten eingeführt werden. Die Röntgenquelle kann dort Röntgenstrahlung für therapeutische Zwecke, beispielsweise zur Bestrahlung eines Tumors, erzeugen. Die Außenoberfläche des Applikators ist aus einem biokompatiblen Material gefertigt, kann sterilisiert werden und ist deshalb zum Kontakt mit dem Körpergewebe des Patienten geeignet. Durch den Applikator wird das Körpergewebe ferner auf Abstand von der Röntgenquelle gehalten, um eine lokal stark überhöhte Röntgendosis in der Umgebung der Röntgenquelle zu vermeiden. Je nach Anwendungsfall und Größe der Körperöffnung können verschieden dimensionierte Applikatoren verwendet werden.
Ein Beispiel für ein derartiges medizinisches Strahlentherapiesystem ist ein von der Carl Zeiss Meditec AG, Jena, Deutschland vertriebenes System zur intraoperativen Strahlentherapie (IORT).
US 2009/0227827 A1 offenbart einen Applikator für ein medizinisches Strahlentherapiesystem, welcher eine Wand mit zwei Materialschichten aufweist, von denen die innere wasserähnlich ist und die äußere mit röntgenstrahlungsabsorbierendem Material dotiert ist, um die Außenfläche des Applikators in einer Röntgenbildaufnahme oder einer CT-Aufnahmen sichtbar zu machen.
US 2005/0080313 A1 offenbart einen Applikator für ein medizinisches Strahlentherapiesystem, welcher zwei ineinander angeordnete Ballonapplikatoren aufweist, welche mit Flüssigkeiten gefüllt werden können.
Bei einer medizinischen Strahlentherapie wird von dem behandelnden Mediziner eine Strahlendosis bestimmt, welcher das zu behandelnde Körpergewebe ausgesetzt werden soll. Ferner wird ein für die Behandlung geeigneter Applikator ausgewählt. Sodann wird unter Zugrundelegung der Röntgenstrahlungsintensität, welche bei Verwendung des ausgewählten Applikators in dem den Applikator umgebenden Körpergewebe erwartungsgemäß bereitgestellt wird, die zur Erreichung der Bestrahlungsdosis notwendige Bestrahlungsdauer bestimmt. Sodann wird der Applikator in die Körperöffnung eingeführt und die Röntgenquelle dort für die bestimmte Bestrahlungsdauer betrieben, um das den Applikator umgebende Körpergewebe der zuvor bestimmten Bestrahlungsdosis auszusetzen.
Die Bestimmung der Bestrahlungsdauer setzt somit eine ausreichend genaue Kenntnis über die in der Umgebung des Applikators im Körpergewebe herrschende Röntgenstrahlungsintensitätsverteilung voraus. Diese Röntgenstrahlungsintensitätsverteilung kann basierend auf einem physikalischen Modell berechnet werden, welches allerdings kalibriert werden muss. Beispielsweise kann die Röntgenstrahlungsintensität an mehreren verschiedenen Positionen in der Umgebung der Röntgenquelle experimentell gemessen werden und die Röntgenstrahlungsintensität an anderen Positionen durch Interpolation und/oder Extrapolation unter Verwendung des physikalischen Modells aus den gemessenen Werten errechnet werden.
Herkömmlicherweise werden die experimentellen Messungen der Röntgenstrahlungsintensität in einem Wasserbad durchgeführt, da die Röntgenabsorptionseigenschaften des Körpergewebes ähnlich den Röntgenabsorptionseigenschaften von Wasser sind.
Es haben sich Zweifel ergeben, ob die Röntgenstrahlungsintensitäten, welche sich basierend auf einem derartig kalibrierten physikalischen Model für die Umgebung um einen gegebenen Applikator und insbesondere an dessen Oberfläche ergeben, mit einer gewünschten Genauigkeit der Realität entsprechen.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Kalibrieren eines Applikators für ein medizinisches Strahlentherapiesystem bereitzustellen, mit welchem sich eine Röntgenstrahlungsintensitätsverteilung um einen gegebenen Applikator vergleichsweise zuverlässig vorhersagen lässt. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Applikator bereitzustellen, der mit dem Verfahren zum Kalibrieren kalibrierbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung eins Verfahrens zum Kalibrieren eines Applikators für ein medizinisches Strahlentherapiesystem mit den Merkmalen des beiliegenden unabhängigen Patentanspruchs 8, durch die Bereitstellung eines Applikators für ein medizinisches Strahlentherapiesystem mit den Merkmalen des beiliegenden unabhängigen Patentanspruchs 1 und durch die Bereitstellung eines medizinischen Strahlentherapiesystems mit den Merkmalen des beiliegenden unabhängigen Patentanspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den beiliegenden Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Kalibrieren eines Applikators für ein medizinisches Strahlentherapiesystem ein Bereitstellen eines Röntgendetektors und eines Kalibrationsapplikators, welcher von dem zu kalibrierenden Applikator verschieden ist. Der Kalibrationsapplikator wird an einer Röntgenquelle befestigt und zusammen mit dieser in ein Wasserbad eingebracht, wobei die Röntgenquelle betrieben wird. Auch der Röntgendetektor wird in das Wasserbad eingebracht und dort an einer Vielzahl von verschiedenen Positionen relativ zu dem Applikator angeordnet. Röntgenstrahlungsintensitäten werden in den verschiedenen Positionen detektiert. Basierend auf den an den verschiedenen Positionen detektierten Röntgenstrahlungsintensitäten kann dann eine Röntgenstrahlungsintensitätsverteilung in einer Umgebung des zu kalibrierenden Applikators bestimmt werden, wenn dieser an einer betriebenen Röntgenquelle befestigt ist.
Der Röntgendetektor kann einen Gasdetektor umfassen, welcher Röntgenstrahlung durch den Nachweis von auftretender Gasentladung detektieren kann. Der Röntgendetektor weist ein Eintrittsfenster auf, welches das Nachweisgas von der Umgebung des Röntgendetektors trennt. Das Eintrittsfenster ist beispielsweise aus einem dünnen Material, wie etwa einer Mylar-Folie, gebildet, um selbst möglichst wenig Röntgenstrahlung zu absorbieren. Um den Röntgendetektor innerhalb des Wasserbades vor Wassereintritt zu schützen, ist der Röntgendetektor innerhalb eines Gehäuses angeordnet, welches eine Gehäusewand aufweist. Ein Teil der Wand des Gehäuses ist vor dem Eintrittsfenster des Röntgendetektors angeordnet und weist eine vorbestimmte Dicke auf.
Die Wand des Kalibrationsapplikators weist eine Geometrie auf, welche einer Geometrie der Wand des zu kalibrierenden Applikators derart entspricht, dass entlang von Verbindungslinien zwischen der Röntgenquelle und der Vielzahl von Positionen des Röntgendetektors relativ zu der Röntgenquelle für jede Verbindungslinie gilt: Die die Wand des zu kalibrierenden Applikators durchsetzende Verbindungslinie durchsetzt gleiche Mengen von Materialien wie die entsprechende Verbindungslinie, welche den Kalibrationsapplikator durchsetzt und zusätzlich die vor dem Eintrittsfenster des Röntgendetektors angeordnete Wand mit der vorbestimmten Dicke durchsetzen würde.
Der Kalibrationsapplikator weist somit eine geringere Wandstärke auf als der zu kalibrierende Applikator. Falls die Wand des zu kalibrierenden Applikators und der Teil der Wand des Gehäuses, der vor dem Eintrittsfenster des Röntgendetektors angeordnet ist, aus dem gleichen Material gebildet sind, so weist die Wand des Kalibrationsapplikators, gemessen entlang der Verbindungslinie zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor, eine geringere Dicke auf als der zu kalibrierende Applikator. Die Differenz zwischen der entlang der Verbindungslinie gemessenen Dicke des zu kalibrierenden Applikators und der entlang der entsprechenden Verbindungslinie gemessenen Dicke des Kalibrationsapplikators kann dann insbesondere gleich der vorbestimmten Dicke des vor dem Eintrittsfenster des Röntgendetektors angeordneten Teils der Wand des Gehäuses sein.
In dem vorangehend erläuterten Zusammenhang wird die Menge von Materialien bestimmt, welche von der Verbindungslinie durchsetzt werden. Dies schließt ein, dass die Verbindungslinie nacheinander verschiedene Materialien, d. h. Materialien mit verschiedener Elementzusammensetzung, durchsetzt. Verschiedene Materialien weisen in der Regel auch verschiedene Röntgenstrahlungsabsorptionseigenschaften auf. Die vorangehend beschriebene Bedingung fordert daher, dass auch dann, wenn die Verbindungslinie nacheinander verschiedene Materialien durchsetzt, sowohl an dem zu kalibrierenden Applikator als auch an dem Kalibrationsapplikator zusammen mit der Wand des Röntgendetektors gleiche Mengen einander entsprechender Materialien durchsetzt werden. Es ist somit möglich, dass der zu kalibrierende Applikator und der Kalibrationsapplikator Wände aufweisen, welche aus mehreren Schichten voneinander verschiedener Materialien bestehen.
Erfindungsgemäß umfasst ein Applikator für ein medizinisches Strahlentherapiesystem entsprechend eine Hülse mit einem proximalen Ende, welches zu Befestigungen einer Röntgenquelle ausgebildet ist, und einem verschlossenen distalen Ende, wobei die Hülse eine Wand aufweist, welche aus wenigstens einer ersten Materialschicht und einer zweiten Materialschicht gebildet ist, welche beide nacheinander von der Röntgenstrahlung durchsetzt werden. Die zweite Materialschicht umgibt die erste Materialschicht, wobei die erste Materialschicht aus einem Feststoff gebildet ist. Hierbei sind die Röntgenabsorptionseigenschaften des Materials der zweiten Materialschicht von den Röntgenabsorptionseigenschaften des Materials der ersten Materialschicht verschieden.
Zudem sind die Röntgenabsorptionseigenschaften des Materials der zweiten Materialschicht von den Röntgenabsorptionseigenschaften von Wasser weniger verschieden als die Röntgenabsorptionseigenschaften des Materials der ersten Materialschicht.
Insbesondere kann hierbei gelten:

0,90 < A₂/A_w < 1,10,: insbesondere 0,95 < A₂/A_w < 1,05 oder/und
0,90 > A₁/A_w,: insbesondere 0,95 > A₁/A_w oder/und
A₁/A_w > 1,10,: insbesondere A₁/A_w > 1,05,

₁

_w

₂

_w

Das Verhältnis der Absorption der niederenergetischen Röntgenstrahlung durch das erste bzw. zweite Material zu der Absorption der niederenergetischen Röntgenstrahlung durch das Wasser kann auf einfache Weise durch Messung bestimmt werden, indem eine erste Intensitätsmessung mit einem Röntgendetektor durchgeführt wird, wobei das erste bzw. zweite Material einer vorbestimmten Dicke zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet ist und eine zweite Intensitätsmessung mit einem Röntgendetektor durchgeführt wird, wobei das Wasser der gleichen vorbestimmten Dicke zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet ist und das Verhältnis der Ergebnisse der beiden Intensitätsmessungen gebildet wird. Als niederenergetische Röntgenstrahlung wird hier Strahlung angesehen, welche durch das Auftreffen eines Elektronenstrahls mit einer kinetischen Energie von 50 keV auf Gold erzeugt wird.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen weist der Applikator eine die erste Materialschicht umgebende und mit Abstand von dieser angeordnete Hülle auf, wobei ein Raum zwischen der ersten Materialschicht und der Hülle mit einer Flüssigkeit befüllbar ist, um die zweite Materialschicht zu bilden. Die Hülle kann aus einem dünnen Material, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat, gebildet sein, welche aufgrund ihrer geringen Dicke Röntgenstrahlung der von der Röntgenquelle erzeugten und für die Behandlung benötigten Art lediglich in vernachlässigbarem Umfang absorbiert. Wird der Zwischenraum zwischen der ersten Materialschicht und der Hülle mit Wasser befüllt, so wird während der Behandlung das Körpergewebe von der Röntgenquelle auf einem Abstand gehalten, der durch die Geometrie der Hülle bestimmt ist. An der Oberfläche der Hülle wird durch die Röntgenquelle eine Röntgenstrahlungsintensität bereitgestellt, welche durch die Absorption durch die erste Materialschicht und die Absorption durch die durch das Wasser gebildete zweite Materialschicht reduziert ist. Diese Strahlungsintensität kann mit dem vorangehend erläuterten Verfahren durch Messung im Wasserbad präzise gemessen werden, wenn das Wasser aus dem Zwischenraum entfernt wird und der Röntgendetektor mitsamt seinem Gehäuse unter Deformation der Hülle bis an die erste Materialschicht heran bewegt wird. Das Eintrittsfenster des Röntgendetektors ist dann aufgrund der vorbestimmten Dicke der Wand des Gehäuses des Röntgendetektors mit der gleichen Entfernung von der Röntgenquelle angeordnet wie die Oberfläche des Applikators wenn die Flüssigkeit in den Zwischenraum eingefüllt ist. Somit kann durch den Röntgendetektor diejenige Strahlungsintensität sehr präzise bestimmt werden, welche während der Behandlung direkt an der Oberfläche des Applikators bereitgestellt wird. Orte unmittelbar an der Oberfläche des Applikators sind für die Messung am herkömmlichen Applikator aufgrund der nicht vernachlässigbaren vorbestimmten Dicke der Wand des Gehäuses des Röntgendetektors nicht zugänglich. Herkömmlicherweise kann die Röntgenstrahlungsintensität an der Oberfläche des Applikators während der Behandlung deshalb lediglich durch Extrapolation aus Messungen bestimmt werden, welche an Orten mit größerem Abstand von der Oberfläche des Applikators ausgeführt wurden. Insbesondere bei Applikatoren mit geringen Durchmessern sind solche Extrapolationen aufgrund der zum Kehrwert des quadrierten Abstands proportionalen Röntgenstrahlungsintensität mit Fehlern behaftet.
Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist die zweite Materialschicht aus einem Feststoff gebildet. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen hierin weist der Feststoff Röntgenstrahlungsabsorptionseigenschaften auf, welche den Röntgenstrahlungsabsorptionseigenschaften von Wasser sehr ähnlich sind. Derartige Materialien sind zum Zwecke der Simulation von Körpermaterial erhältlich und werden beispielsweise unter den Produktbezeichnungen „Solid Water“ von Sun Nuclear Corporation, Niederlande, vertrieben.
Auch die Wand des Gehäuses des Röntgendetektors und insbesondere der Teil der Wand des Gehäuses, welcher vor dem Eintrittsfenster des Röntgendetektors angeordnet ist, kann aus einem derartigen Material gebildet sein.
Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen umgibt die erste Materialschicht die zweite Materialschicht. Auch hierbei kann die zweite Materialschicht aus dem vorangehend beschriebenen Feststoff gebildet sein.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen weist die zweite Materialschicht eine Dicke von wenigstens 1 mm, und insbesondere von wenigstens 2 mm auf.
Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist die erste Materialschicht eine Dicke von wenigstens 3 mm, und insbesondere von wenigstes 5 mm auf.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung ein medizinisches Strahlentherapiesystem bereit, welches eine Röntgenquelle und einen Applikator aufweist. Die Röntgenquelle umfasst einen Sockel und einen an dem Sockel befestigten langgestreckten Stab, wobei im Betrieb der Röntgenquelle an einem von dem Sockel entfernten distalen Ende des Stabes Röntgenstrahlung erzeugt wird. Der Applikator kann ein Applikator gemäß einer der vorangehend erläuterten Ausführungsformen sein.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines medizinischen Strahlentherapiesystems gemäß einer Ausführungsform im Längsschnitt;
2 einen Teil des in 1 gezeigten Strahlentherapiesystems zur Erläuterung eines Applikators desselben; und
3 einen dem Applikator der 2 zugeordneten Kalibrationsapplikator bei einer Kalibrationsmessung in einem der 2 entsprechenden Querschnitt.

Ein Strahlentherapiesystem für medizinische Anwendungen ist in 1 schematisch im Längsschnitt dargestellt. Das Strahlentherapiesystem 1 einen Sockel 3, in dem eine Elektronenstrahlquelle 5 angeordnet ist, welche einen Elektronenstrahl 7 in der Darstellung der 1 horizontal nach rechts emittiert. Das Strahlentherapiesystem 1 umfasst ferner ein Rohr 9, welches ein Basisende 11 aufweist, das an dem Sockel 3 angebracht ist. Der Elektronenstrahl 7 tritt entlang einer Längsachse des Rohrs 9 in dieses ein. Ein von dem Basisende 11 entferntes distales Ende 13 des Rohrs 9 ist mit einem Verschluss 15 verschlossen, so dass der Elektronenstrahl 7 auf eine Innenfläche des Verschlusses 15 trifft. Das Rohr 9 kann beispielsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt sein. Der Verschluss 15 kann beispielsweise integral mit dem Rohr 19 ausgeführt sein. Ferner kann der Verschluss aus einem von dem Material des Rohrs 9 verschiedenen Material, wie beispielsweise Beryllium gefertigt sein, welches einen geringen Absorptionskoeffizienten für Röntgenstrahlung aufweist. Die Innenfläche des Verschlusses 15 kann beispielsweise mit einem schweren Metall, wie etwa Gold, belegt sein, damit der auf die Innenfläche des Verschlusses 15 treffende Elektronenstrahl 7 mit hoher Effizienz Röntgenstrahlung erzeugt, so dass das distale Ende des Stabes eine Röntgenquelle bildet.
Das Strahlentherapiesystem 1 umfasst ferner einen hülsenförmigen Applikator 21, welcher das Rohr 9 umgibt. Der Applikator 21 weist ein Basisende 23 auf, welches an dem Sockel 3 lösbar angebracht ist. Ein vom dem Basisende 23 entferntes distales Ende 25 des Applikators 21 weist eine Außenoberfläche 27 auf, deren geometrische Gestalt in etwa einem Teil einer Kugelfläche entspricht, in deren Zentrum der Verschluss 15 des Rohrs 9 angeordnet ist, wo während des Betriebs die Röntgenquelle gebildet wird. Das distale Ende 25 des Applikators 21 ist dazu vorgesehen, in eine Körperöffnung eines Patienten eingeführt zu werden, mit dem Körpergewebe des Patienten in Kontakt zu kommen und dieses auf Abstand von dem Ort der Erzeugung der Röntgenstrahlung zu halten.
Der in 1 dargestellte Applikator 21 weist eine kugelförmige Gestalt seiner Außenoberfläche auf. Dies ist jedoch nur beispielhaft, in der Praxis werden auch andere Gestalten verwendet.
2 zeigt den Applikator 21 der 1 im Querschnitt etwas detaillierter. Eine Wand des Applikators 21 umfasst einen konischen Schaftbereich 29 und am distalen Ende 25 einen Wandbereich 31, der das distale Ende 13 des Rohrs 9 und damit die Röntgenquelle umgibt und der die Außenoberfläche 27 des distalen Endes 25 des Applikators 21 bereitstellt. Dieser Wandbereich 31 ist aus einer ersten Materialschicht 33 und einer zweiten Materialschicht 35 gebildet. Die Materialschichten 33 und 35 können aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein, welche sich hinsichtlich ihrer Röntgenabsorptionseigenschaften unterscheiden.
Der in 2 dargestellte Applikator 21 ist dazu vorgesehen, bei einer Strahlentherapie an einem Patienten eingesetzt zu werden. Hierzu ist es notwendig, die Röntgenstrahlungsintensität zu kennen, die während des Betriebs an der Außenoberfläche 27 des distalen Endes 25 des Applikators 21 bereitgestellt wird. Diese Strahlungsintensität kann mithilfe eines kalibrierten physikalischen Modells, welches dem Applikator 21 zugeordnet ist, errechnet werden. Zur Kalibrierung des Modells bzw. des Applikators 21 wird ein Kalibrationsapplikator 21' verwendet, der in 3 im Querschnitt dargestellt ist.
Der Kalibrationsapplikator 21' weist einen dem zu kalibrierenden Applikator 21 entsprechenden Aufbau auf, indem der Kalibrationsapplikator 21' eine in vielen Aspekten gleiche Geometrie aufweist wie der zu kalibrierende Applikator 21, wobei sich die Geometrien der beiden Applikatoren 21 und 21' jedoch in einem Aspekt unterscheiden, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
Die Wand des Kalibrationsapplikators 21' weist einen Schaftbereich 29' auf, dessen Geometrie der Geometrie des Schaftbereichs 29 des zu kalibrierenden Applikators 21 gleich ist. Insbesondere sind die Stärken der Wände 29 und 29' an einander entsprechenden Stellen gleich, und auch die Materialien der Wände 29 und 29' sind gleich. Allerdings ist eine Wand 31' des distalen Endes 25' des Kalibrationsapplikators 21' nicht aus zwei Materialschichten gebildet, sondern lediglich aus einer Materialschicht 33'. Die Materialschicht 33' des Kalibrationsapplikators 21' und die Materialschicht 33 des zu kalibrierenden Applikators 21 weisen an einander entsprechenden Stellen gleiche Dicken auf und sind aus gleichen Materialien gebildet. Eine Entsprechung der zweiten Materialschicht 35 des zu kalibrierenden Applikators 21 ist an dem Kalibrationsapplikator 21' allerdings nicht vorgesehen.
Der Kalibrationsapplikator 21' wird zur Vermessung an der Röntgenquelle montiert und in ein Wasserbad eingeführt. In das Wasserbad wird ferner ein Röntgendetektor 41 eingeführt, mit welchem Röntgenstrahlung detektiert werden kann, die während des Betriebs der Röntgenquelle an dem distalen Ende 31 des Stabes 9 der Röntgenquelle erzeugt wird. Der Röntgendetektor 41 umfasst einen Gasdetektor 43, der ein Gas enthält, welches durch die Röntgenstrahlung ionisiert wird und wobei die Ionisationsvorgänge durch den Gasdetektor detektierbar sind. Der Gasdetektor 43 umfasst ein Eintrittsfenster 45 für Röntgenstrahlung, welches aus einem dünnen Material, wie beispielsweise einer Mylar-Folie, gebildet ist. Zum Schutz des Gasdetektors 43 vor dem Wasser des Wasserbades ist der Gasdetektor in einem Gehäuse 47 angeordnet. Das Gehäuse 47 umfasst einen Teil 49, welcher vor dem Eintrittsfenster 45 des Gasdetektors 43 angeordnet ist. Insbesondere kann das Eintrittsfenster 45 des Gasdetektors 43 an dem Wandteil 49 anliegen. Der Wandteil 49 weist eine Dicke d auf, die beispielsweise 1 mm bis 2 mm betragen kann. In der Darstellung der 3 ist der Röntgendetektor 41 so nahe wie möglich an dem Kalibrationsapplikator 21' und der an dem distalen Ende 31 des Stabes 9 gebildeten Röntgenquelle angeordnet, indem der Wandteil 49 des Gehäuses 47 des Röntgendetektors 41 an der Außenoberfläche des distalen Endes 25' des Kalibrationsapplikators 21' anliegt.
Mit dem Bezugszeichen 51' ist in 3 eine Verbindungslinie zwischen der Röntgenquelle am distalen Ende 13 des Stabes 9 und einem Zentrum des Röntgendetektors 41 bezeichnet. Eine Linie 51 in 2 ist eine der Verbindungslinie 51' in 3 entsprechende Linie, welche von dem distalen Ende 13 des Stabes 9 der Röntgenquelle unter einer Orientierung ausgeht, die der Orientierung der Verbindungslinie 51' in 3 gleich ist. Gemessen entlang der Linie 51 in 2 weist die erste Materialschicht 33 eine Dicke d1 auf, und die zweite Materialschicht 35 weist, gemessen entlang der Linie 51, eine Dicke d2 auf.
Gemessen entlang der Linie 51' der 3 weist die Materialschicht 33' der Wand des Kalibrationsapplikators 21' eine Dicke d1 auf, welche gleich der Dicke d1 der ersten Materialschicht 33 der Wand des zu kalibrierenden Applikators ist. Die Dicke d des Wandteils 49 des Röntgendetektors 41 ist gleich der Dicke d2 der zweiten Materialschicht 35 des zu kalibrierenden Applikators 21. Darüber hinaus ist der Wandbereich 49 des Röntgendetektors 41 aus einem Material gebildet, dessen Röntgenabsorptionseigenschaften den Röntgenabsorptionseigenschaften des Materials der zweiten Materialschicht 35 des zu kalibrierenden Applikators 21 sehr ähnlich ist. Insbesondere kann der Wandteil 49 des Gehäuses 47 des Röntgendetektors 41 aus dem gleichen Material gebildet sein wie die zweite Materialschicht 35 des zu kalibrierenden Applikators 25. Weiterhin können sowohl der Wandteil 49 des Gehäuses 47 des Röntgendetektors 41 als auch die zweite Materialschicht 35 des zu kalibrierenden Applikators 21 aus einem Material gebildet sein, dessen Röntgenabsorptionseigenschaften den Röntgenabsorptionseigenschaften von Wasser sehr ähnlich sind.
Die erste Materialschicht 33 des zu kalibrierenden Applikators 21 sowie die Materialschicht 33 des Kalibrationsapplikators 21 können beispielsweise aus einem Polyetherimid, insbesondere 1,4-Bis(4-nitrophthalimido)-phenylen (Ultem), gebildet sein. Ferner kann auch die zweite Materialschicht 35 des zu kalibrierenden Applikators 21 aus dem gleichen Material gebildet sein, wie die erste Materialschicht 33 des zu kalibrierenden Applikators 21.
Unter Verwendung des Kalibrationsapplikators 21 kann somit die Röntgenintensität, welche an der Oberfläche des zu kalibrierenden Applikators 21 bereitgestellt wird, mit relativ hoher Genauigkeit gemessen werden. Entsprechend können die Messergebnisse, die erhalten werden, wenn der Röntgendetektor 41 in einer Vielzahl verschiedener Positionen in der Umgebung des Kalibrationsapplikators 21' angeordnet ist, dazu verwendet werden, ein physikalisches Modell zu kalibrieren, welches die in der Umgebung des zu kalibrierenden Applikators 21 beim Betrieb der Röntgenquelle entstehende Röntgenstrahlungsintensitätsverteilung vorhergesagt.

Claims

Applikator für ein medizinisches Strahlentherapiesystem, umfassend eine Hülse (21) mit einem proximalen Ende (23), welches zur Befestigung an einer Röntgenquelle ausgebildet ist, und einem verschlossenen distalen Ende (25), wobei die Hülse eine Wand (31) aufweist, welche aus wenigstens einer ersten Materialschicht (33) und einer die erste Materialschicht (33) umgebenden zweiten Materialschicht (35) gebildet ist, welche beide nacheinander von der Röntgenstrahlung durchsetzt werden, wobei Röntgenabsorptionseigenschaften des Materials der zweiten Materialschicht von den Röntgenabsorptionseigenschaften des Materials der ersten Materialschicht verschieden sind, und wobei die erste Materialschicht (33) aus einem Feststoff gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenabsorptionseigenschaften des Materials der zweiten Materialschicht von den Röntgenabsorptionseigenschaften von Wasser weniger verschieden sind als die Röntgenabsorptionseigenschaften des Materials der ersten Materialschicht.
Applikator nach Anspruch 1, wobei gilt: 0,90 < A₂/A_w < 1,10, insbesondere 0,95 < A₂/A_w < 1,05 oder/und 0,90 > A₁/A_w, insbesondere 0,95 > A₁/A_w oder/und A₁/A_w > 1,10, insbesondere A₁/A_w > 1,05, wobei A₁/A_w das Verhältnis der Absorption einer niederenergetischen Röntgenstrahlung durch das erste Material zu der Absorption der niederenergetischen Röntgenstrahlung durch das Wasser repräsentiert, und wobei A₂/A_w das Verhältnis der Absorption der niederenergetischen Röntgenstrahlung durch das zweite Material zu der Absorption der niederenergetischen Röntgenstrahlung durch das Wasser repräsentiert.
Applikator nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine die erste Materialschicht umgebende und mit Abstand von dieser angeordnete Hülle, wobei ein Raum zwischen der ersten Materialschicht und der Hülle mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, befüllbar ist, um die zweite Materialschicht zu bilden.
Applikator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Materialschicht aus einem Feststoff gebildet ist.
Applikator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Materialschicht eine Dicke von wenigstens 1 mm, insbesondere wenigstens 2 mm aufweist.
Applikator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Materialschicht eine Dicke von wenigstens 3 mm, insbesondere wenigstens 5 mm aufweist.
Medizinisches Strahlentherapiesystem, umfassend: eine Röntgenquelle, welche einen Sockel und einen an dem Sockel befestigten langgestreckten Stab aufweist, wobei im Betrieb der Röntgenquelle an einem von dem Sockel entfernten distalen Ende des Stabes Röntgenstrahlung erzeugt wird; und einen Applikator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welcher an dem Sockel derart befestigbar ist, dass er das distale Ende des Stabes umgibt.
Verfahren zum Kalibrieren eines Applikators für ein medizinisches Strahlentherapiesystem, umfassend: Bereitstellen eines Röntgendetektors, welcher einen Gasdetektor und ein Gehäuse umfasst, wobei der Gasdetektor innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und ein Eintrittsfenster für die Röntgenstrahlung aufweist, wobei ein Teil einer Wand des Gehäuses vor dem Eintrittsfenster angeordnet ist und eine vorbestimmte Dicke aufweist; Bereitstellen eines Kalibrationsapplikators, wobei der Kalibrationsapplikator eine Hülse mit einem proximalen Ende, welches zur Befestigung an einer Röntgenquelle ausgebildet ist, und einem verschlossenen distalen Ende umfasst, Anbringen des Kalibrationsapplikators an der Röntgenquelle; Einbringen des Kalibrationsapplikators in ein Wasserbad und Betreiben der Röntgenquelle; Anordnen des Röntgendetektors in einer Vielzahl verschiedener Positionen in dem Wasserbad relativ zu dem Applikator und Detektieren von Röntgenstrahlungsintensitäten in den verschiedenen Positionen; und Bestimmen einer Röntgenstrahlungsintensitätsverteilung in einer Umgebung des an einer Röntgenquelle befestigten zu kalibrierenden Applikators basierend auf den an den verschiedenen Positionen detektierten Röntgenstrahlungsintensitäten; wobei eine Wand des Kalibrationsapplikators eine Geometrie aufweist, welche einer Geometrie der Wand des zu kalibrierenden Applikators derart entspricht, dass entlang von Verbindunglinien zwischen der Röntgenquelle und der Vielzahl von Positionen für jede Verbindungslinie gilt: die die Wand des zu kalibrierenden Applikators durchsetzende Verbindungslinie durchsetzt gleiche Mengen von Materialien wie die entsprechende Verbindungslinie, welche den Kalibrationsapplikator durchsetzt und zusätzlich die Wand mit der vorbestimmten Dicke durchsetzen würde.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der zu kalibrierende Applikator der Applikator nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Röntgenabsorptionseigenschaften des Materials der vor dem Eintrittsfenster angeordneten Wand des Gehäuses im Wesentlichen den Röntgenabsorptionseigenschaften der zweiten Materialschicht entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei gilt: 0,90 < A₂/A_w < 1,10, insbesondere 0,95 < A₂/A_w < 1,05 oder/und 0,90 > A₁/A_w, insbesondere 0,95 > A₁/A_w oder/und A₁/A_w > 1,10, insbesondere A₁/A_w > 1,05, wobei A₁/A_w das Verhältnis der Absorption einer niederenergetischen Röntgenstrahlung durch das erste Material zu der Absorption der niederenergetischen Röntgenstrahlung durch das Wasser repräsentiert, und wobei A₂/A_w das Verhältnis der Absorption der niederenergetischen Röntgenstrahlung durch das zweite Material zu der Absorption der niederenergetischen Röntgenstrahlung durch das Wasser repräsentiert.