DE10306008B4

DE10306008B4 - Vorrichtung zum Messen der Absorptionsdosisverteilung

Info

Publication number: DE10306008B4
Application number: DE10306008A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nishizawa; Tomoyuki Shiomi; Satoshi Senoo
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: US6998604B2; JP4146648B2; JP2003240858A; US20030150983A1; DE10306008A1

Abstract

Vorrichtung zur Messung der Absorptionsdosisverteilung, welche aufweist: ein Phantom, welches aus einem plattenartigen Kunststoffszintillator (202) mit einer Dicke innerhalb des Bereichs von 0,15 bis 1 mm, wobei die Dicke derart in Abhängigkeit der Oberflächenbeschaffenheit des Kunststoffszintillators festgelegt ist, dass ein Übersprechen in einer zur Szintillatordicke rechtwinkligen Richtung nicht höher als 1% und eine räumliche Auflösungsleistung der Vorrichtung 1 mm ist, und einem ersten und einem zweiten Kunststoffblock (203a, 203b) aufgebaut ist, welche an entsprechenden Seiten des Kunststoffszintillators in einer Richtung seiner Dicke positioniert sind, so dass diese den Kunststoffszintillator sandwichartig dazwischen aufnehmen, wobei der erste und/oder zweite Kunststoffblock transparent ist/sind; und einen Abbildungsanalysator (204) zur Messung eines Musters der Intensitätsverteilung des Lichts, welches von dem Kunststoffszintillator emittiert wird, wenn das Phantom mit der Strahlung (201) bestrahlt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur genauen und schnellen Messung der absorbierten Dosisverteilung in einem Gewebephantom bzw. Phantom, welches im Lauf einer Radiotherapiebehandlung von Krebs verwendet wird, wobei Röntgenstrahlen, Partikelstrahlen, wie Elektronenstrahlen oder ähnliches verwendet werden.
2. Stand der Technik
Bei der intensitätsmodulierten Radiotherapie (IMRT), einer radiotherapeutischen Behandlung, war es allgemeine Praxis, einen Patienten durch Verändern des Feldprofils der Strahlung zu bestrahlen und ebenso die Richtung der auftretenden Strahlung zu verändern, so dass die kumulative Absorptionsdosis der Strahlungen auf eine betroffene Zone des Patienten angepasst werden kann. Dementsprechend ist die IMRT mit einem Vorteil dahingehend erkannt worden, dass die Strahlungen auf eine betroffene Zone konzentriert werden können, um die Radiotherapie zu erhöhen.
Wenn es jedoch zur Leistung bzw. Performance der IMRT kommt, ist ein Behandlungsplan aufgestellt worden, bei dem die Bestrahlungsbedingungen zu formulieren sind, welche für die betroffene Zone erforderlich sind, welche in einem vorbestimmten Absorptionsdosisverhältnis zu bestrahlen ist. Die Validität des Behandlungsplans erfordert jedoch eine experimentenbasierte Verifikation oder Bewertung, und für diesen Zweck wird im Allgemeinen die Absorptionsdosismessvorrichtung für IMRT verwendet (im Nachhinein als IMRT-Absorptionsdosimeter bezeichnet).
Messungen der Absorptionsdosisverteilung, welche von dem herkömmlichen IMRT-Absorptionsdosimeter durchgeführt werden, werden im Nachfolgenden mit Bezug auf 14 beschrieben. Wie in 14 gezeigt, weist der herkömmliche IMRT-Absorptionsdosimeter eine Struktur auf, bei der eine Vielzahl von Phantomen 102 eine entsprechende Anzahl von Röntgenstrahlschichten bzw. Filmen 103 aufweisen, welche jeweils zwischen benachbarten Phantomen 102 sandwichartig aufgenommen sind. Bei dem herkömmlichen IMRT-Absorptionsdosimeter der vorstehend erwähnten Struktur werden die Phantome 102 mit Strahlungen 101a und 101b bestrahlt, wie beispielsweise Röntgenstrahlen, Partikelstrahlen, Elektronenstrahlen oder ähnlichem, und als Folge davon sind die Röntgenstrahlschichten 103, welche jeweils zwischen den benachbarten Phantomen 102 sandwichartig aufgenommen sind, aufgrund der Interaktion zwischen den Strahlungen 101a und 101b ausgesetzt. Durch Messung einer Verteilung der optischen Dichte in den Röntgenschichten 103 kann eine zweidimensionale Absorptionsdosisverteilung an verschiedenen Positionen der Röntgenschichten 103 erhalten werden. Daraufhin erhält man eine dreidimensionale Absorptionsdosisverteilung innerhalb der Phantome 102 auf der Grundlage der zweidimensionalen Absorptionsdosisverteilung, welche im Hinblick auf die gesamten Röntgenschichten 103 gemessen worden ist.
Eine Radiooperation (radiosurgery) ist ebenso als alternative Möglichkeit der Radiotherapien bekannt. Diese Radiooperation macht von einem dünnen Strahl mit einem Durchmesser von einigen wenigen Quadratzentimetern der Fläche des Strahlungsfeldes Verwendung. Im Nachfolgenden wird die Messung der Absorptionsdosisverteilung mit dem Strahlungsdosimeter für die Radiooperation mit Bezug auf 15 beschrieben. Wie in 15 gezeigt, erfordert die Messung mit dem Strahlungsdosimeter für die Radiooperation die Verwendung eines Wasserphantoms 111, wobei eine Mikrokammer 112 eingesetzt wird, so dass die Mikrokammer 112 innerhalb des Wasserphantoms 111 in einer Richtung gescannt werden kann, welche durch den Pfeil Y dargestellt ist, um eine Verteilung der absorbierten Dosis zu messen.
Jedoch weist das IMRT-Absorptionsdosimeter, welches die Röntgenschichten verwendet, wie in 14 gezeigt, ein Problem dahingehend auf, da sich die Absorptionscharakteristik der Röntgenschichten zum Absorbieren der Strahlungsenergien beträchtlich von derjenigen eines menschlichen Körpers unterscheidet, dass eine genaue Messung des Absorptionsdosismusters schwierig zu erreichen ist. In Abhängigkeit der Herstellungsmenge und/oder Entwicklungsbedingungen der Röntgenschichten tendiert die Ausgabe davon ebenso zu einem Variieren, selbst dann, wenn diese Röntgenschichten eine gleiche Menge der Strahlung absorbiert haben, was zu der Schwierigkeit führt, eine Messgenauigkeit sicher zu stellen. Ebenso erfordert die Arbeit der Entwicklung der exponierten Röntgenschichten und die Messung der optischen Dichte einen erheblichen Betrag an Bemühungen und eine beträchtliche Menge Zeit.
In der Praxis des IMRT ist ein unregelmäßiges Strahlungsfeld unter der Verwendung eines Multiblattkollimators definiert.
In einem derartigen Fall repräsentiert eine Kante des sich ergebenden Strahlungsfeldes eine im Wesentlichen keilförmige Konfiguration, welche nicht größer ist als einige wenige Millimeter, und erfordert die Verwendung eines Messinstruments mit einer räumlichen Auflösungsleistung, welche nicht größer ist als einige wenige Millimeter, wenn eine genaue Verteilung der Strahlungsdosis wünschenswert ist, um gemessen zu werden. Selbst die Messung der absorbierten Dosisverteilung für die Radiooperation erfordert die Verwendung eines Messinstruments mit einer räumlichen Auflösungsleistung, die nicht größer ist als einige wenige Millimeter, so dass ein Strahl, welcher zum Bestrahlen eines extrem geringen Strahlungsfeldes verwendet wird, zu messen ist. Jedoch erfordert das Scannen innerhalb des Wasserphantoms der Mikrokammer mit einer räumlichen Auflösungsleistung, die nicht größer ist als einige wenige Millimeter, erhebliche Bemühungen und eine erhebliche Menge an Zeit. Ferner besteht ein zusätzliches Problem darin, dass der Ausgangsstrom so gering ist, um in einem niedrigen Rauschabstand (S/N-Ratio) zu resultieren, da die sensitive Region so gering ist.
STAND DER TECHNIK
Die DE 197 51 545 A1 zeigt eine Strahlungstiefendosismessvorrichtung, die aus einem Teilchenstrahldetektor, bestehend aus Szintillatorfasern, die zu einem Block zusammengebündelt sind, einer Anntriebsvorrichtung, um den Teilchenstrahldetektor zu drehen und einem Bildempfänger besteht. Der Bildempfänger nimmt das Bild auf, welches durch das Szintillatorlicht gebildet ist, welches von dem Teilchenstrahldetektor ausgeht. Der Szintillatorblock wird zwischen Kunststoffblöcken eingefügt.
Murai, Takeo, Tadashi, Nakamura, Akira, Yamamoto: A new Method of integral dose measurement with a plastic scintillator phantom. In: Journal of Radiation Research, 1964, Vol. 5-1, S. 23–35, offenbart einen Kunststoffszintillator mit gewebeähnlichen Eigenschaften.
Tsoulfanidis, Nicholas: Measurement and Detection of Radiation. McGraf-Hill series in nuclear engineering. Hemisphere Publishing Corporation, Washington, 1983. ISBN 0-07-065397-6. S. 203–204 beschreibt Kunststoffszintillatoren.
Die DE 197 23 445 A1 behandelt eine Tiefendosismessvorrichtung, in der Licht von einer Endoberfläche eines durch ein Verbinden einer Vielzahl von Szintillatorfasern in einem Bündel gebildeten Blockdetektor ausgegeben wird und ein Spektroskop verwendet wird, um das Licht zu streuen, um so eine Lichtmenge zu messen.
Die DE 101 53 864 A1 zeigt eine Absorptionsdosismessvorrichtung zur intensitätsmodulierten Radiotherapie in Sandwichbauart. Dabei wird ein Szintillationsfaserblock zwischen zwei Blöcken eines Körpermodells als Zwischenlage vorgesehen. Wenn eine Lichtintensität proportional zu dem Strahlungsbündel von einer Seite des Faserblocks ausgesendet wird, wird dessen Profil von einem Abbildungssensor gemessen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist vorgenommen worden, um im Wesentlichen die vorstehend erwähnten Probleme zu eliminieren, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Messen der Absorptionsdosisverteilung bereit zu stellen (im Nachfolgenden einfach als Verteilungsmessvorrichtung bezeichnet), welche in der Radiotherapie verwendet wird, wie beispielsweise IMRT und einer Radiooperation, wobei die Messung oder Bewertung der Verteilung der bestrahlten Dosis innerhalb des Phantoms genau und in einer relativ kurzen Zeit erzielt werden kann.
Um die vorstehend erwähnte Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Verteilungsmessvorrichtung bereit, welche ein Phantom und einen Abbildungsanalysator aufweist. Das Phantom ist aus einem plattenähnlichen Plastikszintillator und zumindest einem ersten und zweiten Kunststoffblock aufgebaut. Der Kunststoffszintillator weist eine Dicke innerhalb des Bereichs von 0,15 bis 1 mm auf, so dass ein Übersprechen in einer zur Szintillatordicke rechtwinkligen Richtung nicht höher als 1% und eine räumliche Auflösungsleistung der Vorrichtung 1 mm ist. Der erste und zweite Kunststoffblock sind an den entsprechenden Seiten des Kunststoffszintillators in der Dickenrichtung davon positioniert, so dass der Kunststoffszintillator dazwischen sandwichartig aufgenommen wird. Der erste und/oder zweite Kunststoffblock ist/sind transparent. Der Abbildungsanalysator misst ein Muster der Intensitätsverteilung des Lichtes, welches von dem Kunststoffszintillator ausgestrahlt wird, wenn das Phantom mit der Strahlung bestrahlt wird. Es ist zu erwähnen, dass der erste und zweite Kunststoffblock, auf die vorstehend Bezug genommen wird, aus einer Vielzahl von Unterblöcken konstruiert sein können.
Bei der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, da der plattenartige Kunststoffszintillator Licht proportional zu der absorbierten Dosis ausstrahlt und die resultierende Intensitätsverteilung des Lichtes durch den Abbildungsanalysator gemessen wird, ist es möglich, die zweidimensionale Absorptionsdosisverteilung an der Position des Kunststoffszintillators sehr genau und schnell zu messen. Ebenso, wenn die Dicke des Kunststoffszintillators derart ausgewählt wird, dass sie in einem Bereich von 0,15 bis 1 mm liegt, wobei ein bestimmter Wert davon in Anbetracht eines Oberflächenzustands des Kunststoffszintillators ausgewählt werden kann, ist es möglich, die Lichtdiffusion und die Lichtbrechung zu reduzieren, und daher kann die räumliche Auflösungsleistung der Verteilungsmessvorrichtung auf im Wesentlichen 1 mm festgelegt werden. Aus diesem Grund kann die therapeutische Genauigkeit der Radiotherapie erhöht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich, welche mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wird, wobei ähnliche Teile durch gleiche bzw. ähnliche Bezugszeichen bezeichnet werden. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht einer Verteilungsmessvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A und 2B zeigen eine Intensitätsverteilungscharakteristik des Lichtes an einer Szintillatoroberfläche, wenn die Dicke eines Kunststoffszintillators groß bzw. klein ist (d. h. ein Szintillator, welcher aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist);
3 ist ein Graph, welcher die Intensitätsverteilung des Lichtes an der Szintillatoroberfläche darstellt, wenn die Dicke des Szintillators 1 mm beträgt;
4 ist ein Graph, welcher den Abstand von einem lichtemittierenden Punkt zu dem Punkt darstellt, an welchem das Übersprechen 1% beträgt;
5A und 5B sind Diagramme, welche die Intensitätsverteilungscharakteristik des Lichts an der Szintillatoroberfläche darstellen, wenn die Oberfläche des Kunststoffszintillators poliert ist, um im Wesentlichen eine Spiegelfläche zu bilden bzw. matt geschliffen zu sein;
6 ist ein Graph, welcher das Spektrum des Lichts in das von einem plattenähnlichen Kunststoffszintillator und das Spektrum des Cerenkov-Lichts in einer Verteilungsmessvorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ist eine Seitenansicht der Verteilungsmessvorrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine Seitenansicht einer Verteilungsmessvorrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Seitenansicht einer Verteilungsmessvorrichtung gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine Seitenansicht einer Verteilungsmessvorrichtung gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine Seitenansicht einer Verteilungsmessvorrichtung gemäß einer achten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine Seitenansicht einer Verteilungsmessvorrichtung gemäß einer neunten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 ist eine Seitenansicht einer Verteilungsmessvorrichtung gemäß einer zehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 ist ein Diagramm, welches die Art und Weise der Messung der Absorptionsdosisverteilung mit einem herkömmlichen IMRT-Absorptionsdosimeter darstellt; und
15 ist ein Diagramm, welches die Art und Weise der Messung der Absorptionsdosisverteilung bei einer herkömmlichen Radiooperation darstellt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
1 stellt eine Gesamtstruktur einer Verteilungsmessvorrichtung (eine Vorrichtung zum Messen der Absorptionsdosisverteilung) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie darin gezeigt, weist die Verteilungsmessvorrichtung ein Phantom auf, das aus einem plattenförmigen Kunststoffszintillator 202 aufgebaut ist, einen transparenten Kunststoffblock 203a und einen Kunststoffblock 203b auf und ist daran angepasst, mit Strahlung 201 bestrahlt zu werden, wie beispielsweise Röntgenstrahlen, Partikelstrahlen, wie beispielsweise Elektronenstrahlen. Es ist zu erwähnen, dass die Kunststoffblöcke 203a und 203b, wenn diese in einer Richtung betrachtet werden, welche durch eine gerade Linie L angezeigt wird, d. h. eine Richtung der Dicke des Kunststoffszintillators 202 (im Nachfolgenden als Szintillatordickenrichtung bezeichnet), mit gegenüberliegenden Endflächen (welche der Szintillatordickenrichtung zugewandt sind) des Kunststoffszintillators 202 angeordnet sind, welcher zwischen den Kunststoffblöcken 203a und 203b sandwichartig aufgenommen ist.
Wenn das Phantom mit der Strahlung 201 aus einer Richtung bestrahlt wird, welche im Wesentlichen rechtwinklig zur Szintillatordickenrichtung ist, wird die Intensitätsverteilung des Lichts (die emittierte Lichtintensitätsverteilung), welche von einer der gegenüberliegenden Endflächen des Kunststoffszintillators 202 emittiert bzw. ausgestrahlt wird, mit einem Abbildungsanalysator 204 gemessen, wie beispielsweise einer CCD-Kamera.
Sowohl der Kunststoffszintillator 202 als auch die Kunststoffblöcke 203a und 203b, welche entsprechende Teile des Phantoms bilden, weisen eine Strahlungsabsorptionscharakteristik auf, welche äquivalent zu dem Gewebe eines menschlichen Körpers betrachtet werden kann. Der Kunststoffszintillator 202 emittiert aus verschiedenen Bereichen davon Licht einer Intensität, welche proportional zu der Absorptionsdosis an einer Position ist, was jeder Region entspricht. Dementsprechend trägt das Licht, welches von dem Kunststoffszintillator 202 in dessen Gesamtheit emittiert wird, zu einer zweidimensionalen Lichtintensitätsverteilung an der Endfläche des Kunststoffszintillators 202 bei. Diese Lichtintensitätsverteilung entspricht der zweidimensionalen Absorptionsdosisverteilung innerhalb des Kunststoffszintillators 202. Durch Messung dieser zweidimensionalen Lichtintensitätsverteilung mit dem Abbildungsanalysator 204 kann dementsprechend die zweidimensionale Absorptionsdosisverteilung an einer derartigen Position unmittelbar gemessen werden, an welcher der Kunststoffszintillator 202 lokalisiert ist.
Wenn die Verteilungsmessvorrichtung mit einem Konversionskoeffizienten (oder einer Konversionstabelle) versehen ist, welche verwendet werden, um die Menge des Lichts, welche von dem Kunststoffszintillator 202 emittiert wird, in einen absoluten Wert der Absorptionsdosisrate umzuwandeln, ist es möglich, gleichzeitig nicht nur die zweidimensionale Absorptionsdosisverteilung zu messen, sondern ebenso den absoluten Wert der Absorptionsdosisrate zu messen. Wenn die Messung über die gesamte Zeitdauer der Strahlung durchgeführt wird und die Menge des emittierten Lichts in Bezug auf die Zeit integriert wird, ist es ebenso möglich, den absoluten Wert der integrierten Absorptionsdosis zu erhalten.
Bei der Absorptionsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Kunststoffszintillator 202 eine extrem geringe Dicke im Vergleich des herkömmlich verwendeten Szintillators auf und ist aus einem Bereich von 0,15 bis 1 mm ausgewählt. Im Nachfolgenden wird der Grund für die Auswahl der bestimmten Szintillatordicke im Einzelnen beschrieben. An erster Stelle wird jedoch die Dicke des Kunststoffszintillators 202 von der Intensitätsverteilung des Lichts beeinflusst, welches von dem Kunststoffszintillator 202 emittiert wird, wobei dieses nun diskutiert wird.
2A stellt den dicken, plattenartigen Kunststoffszintillator 202a zusammen mit der Intensitätsverteilung des Lichts dar, welches von einer Endfläche (nachfolgend als Szintillatoroberfläche bezeichnet) des Szintillators 202a emittiert wird, wohingegen 2B den dünnen, plattenartigen Kunststoffszintillator 202b zusammen mit der Intensitätsverteilung des Lichts darstellt, welches von einer der Endflächen oder der Szintillatoroberfläche eines derartigen Szintillators 202b emittiert wird. Es ist zu erwähnen, dass der Ausdruck „dick” dahingehend verwendet wird, dass eine Dicke größer als in etwa 1 mm vorliegt, wohingegen der Ausdruck ”dünn” dahingehend verwendet wird, dass eine Dicke nicht größer als in etwa 1 mm verwendet wird.
Wie in den 2A und 2B gezeigt, wird angenommen, dass das Licht von einer geraden Seite 205a und 205b emittiert wird, welche sich in der Szintillatordickenrichtung innerhalb des entsprechenden Kunststoffszintillators 202a und 202b erstreckt. Das Licht, welches durch diese Lichtemission gebildet wird, strahlt isotropisch von dem Punkt dessen Emission. Es ist jedoch zu erwähnen, dass in den 2A und 2B lediglich Pfade des Lichtwegs in Richtung von einer Endflächenseite von jedem der Kunststoffszintillatoren 202a und 202b aus Vereinfachungsgründen dargestellt sind.
Wie aus 2A ersichtlich, da der dicke Kunststoffszintillator 202a eine große Diffusion des Lichts aufweist, wird die gesamte Breite des halben Maximums Wa der Lichtintensitätsverteilung 207a an der Szintillatoroberfläche groß. Es ist zu erwähnen, dass der Ausdruck ”gesamte Breite des halben Maximums” dahingehend verwendet wird, um die Breite einer Region zu bezeichnen, an welcher die Lichtintensität einen Wert annimmt, der gleich oder größer als die halbe maximale Lichtintensität ist. Andererseits ist es aus 2B ersichtlich, dass bei dem dünnen Kunststoffszintillator 202b die gesamte Breite des halben Maximums Wb der Lichtintensitätsverteilung 207b an der Szintillatoroberfläche gering ist, da dieser eine geringe Diffusion des Lichts aufweist.
Um die räumliche Auflösungsleistung der Verteilungsmessvorrichtung in einer Richtung der Ausstrahlung der Szintillatoroberfläche zu erhöhen, ist es dementsprechend erforderlich, die Dicke des Kunststoffszintillators 202 zu reduzieren. Andererseits, wie später beschrieben werden wird, ist es im Allgemeinen für die Verteilungsmessvorrichtung erforderlich, eine räumliche Auflösungsleistung von in etwa 1 mm aufzuweisen. Um die Verteilungsmessvorrichtung mit einer räumlichen Auflösungsleistung von in etwa 1 mm zu versehen, hat es sich als solches aus einer Serie von Berechnungen und Experimenten ergeben, welche von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden sind, dass es in Abhängigkeit der Szintillatoroberfläche für den Kunststoffszintillator 202 erforderlich ist, dass dieser eine Dicke innerhalb eines Bereichs von 0,15 und 1 mm aufweist.
Je geringer die Dicke des Kunststoffszintillators 202 ist, um so größer kann die räumliche Auflösungsleistung der Verteilungsmessvorrichtung erhöht werden. Jedoch muss beachtet werden, dass, wenn die Dicke des Kunststoffszintillators 202 exzessiv reduziert wird, die folgenden Nachteile resultieren können. Insbesondere ist es schwierig, eine dünne Szintillatorplatte mit einer einheitlichen Dicke herzustellen. Wenn die Dicke des Kunststoffszintillators 202 nicht einheitlich ist, wird die Positionsabhängigkeit der Dicke, d. h. der Betrag des emittierten Lichts, so beträchtlich als Folge der Reduktion der Funktionalität als ein analysierendes Instrument. Wenn andererseits die Dicke nicht einheitlich ist, wird ein Spalt zwischen dem Kunststoffszintillator 202 und jedem der Kunststoffblöcke 203a und 203b ausgebildet, welche an entsprechenden Seiten davon positioniert sind. Aufgrund dieser Gründe wird dies räumlich heterogen, und eine Deformation wird in der Dosisverteilung auftreten. Wenn der Kunststoffszintillator dünn ist, wird die Menge des emittierten Lichts abnehmen, was zu einer Reduktion des Signalrauschabstands führt.
Der spezifische Grund für die Auswahl des Kunststoffszintillators 202 mit einem Wert innerhalb des Bereichs von 0,15 bis 1 mm wird nun auf der Basis der Ergebnisse der Berechnungen und Experimente diskutiert, welche von den Erfindern der vorliegenden Erfindung vorgenommen worden sind. Wie vorstehend beschrieben, ist es im Allgemeinen für die Verteilungsmessvorrichtung erforderlich, eine räumliche Auflösungsleistung von in etwa 1 mm aufzuweisen, und dies trägt zu der Tatsache bei, dass die räumliche Auflösungsleistung in etwa 1 mm beträgt, welche bei der Radiotherapie erforderlich ist.
Im Folgenden werden die Faktoren aufgezählt, welche die Behandlungsgenauigkeit oder die räumliche Genauigkeit der vorliegenden radiotherapeutischen Krebsbehandlung beeinflussen (”Standardmethode der Strahlungsdosismessung von lokalisierter Strahlung”).

(1) Die Begrenzung der diagnostischen räumlichen Auflösungsleistung ist in etwa 1,7 mm.
(2) Die Begrenzung der Positionsgenauigkeit des therapeutischen Equipments ist in etwa 1,0 mm.
(3) Die Versetzung der Position, was aus einer ungewollten Bewegung des inneren Organs eines Patienten resultiert, ist in etwa 1,0 mm.
(4) Keine Grenze zwischen dem krebsbefallenen Gewebe und dem normalen Gewebe ist klar ersichtlich.

Selbst wenn die Probleme, welche mit den Punkten (1) und (4) einhergehen, als Folge der Verbesserung der diagnostischen Technik gelöst werden und das Problem, welches mit dem Punkt (2) verbunden ist, als Folge der Verbesserung der Genauigkeit des therapeutischen Equipments gelöst wird, wird das mit Punkt (3) verbundene Problem ungelöst bestehen und wird einen wesentlichen Faktor darstellen. Dementsprechend kann gesagt werden, dass die für die Radiotherapie erforderliche Genauigkeit auf 1 mm begrenzt ist.
Andererseits ist die Verteilungsmessvorrichtung derart konzipiert, um die therapeutische Genauigkeit der Radiotherapie zu verbessern. Rein beispielhaft ist bei der Radiooperation, welche eine der radiotherapeutischen Krebsbehandlungsmethoden ist, da die Fläche des Strahlungsfeldes gering ist, die räumliche Neigung der Absorptionsdosisverteilung groß. Wenn ein Detektor eine große aufnehmbare Dimension aufweist, wird die Ausgabe ein Durchschnitt der aufnehmbaren Region sein, und es ist nicht möglich, eine genaue Messung der Absorptionsdosisverteilung zu erzielen. Je geringer die aufnehmbare Dimension des Detektors ist, um so besser ist es dementsprechend. Jedoch ist es im Hinblick auf die Tatsache, dass die Grenze der therapeutischen Genauigkeit bei der Radiotherapie auf in etwa 1 mm begrenzt ist, wie vorstehend erwähnt, kann es jedoch angenommen werden, dass in etwa 1 mm ausreichend für die räumliche Auflösungsleistung der Verteilungsmessvorrichtung ausreichend ist.
Bei der radiotherapeutischen Behandlung von Krebs ist es wünschenswert, die Strahlung auf lediglich krebsbefallene Zellen und nicht normale Zellen zu fokussieren, um jegliche Nebenwirkungen zu minimieren. In einem derartigen Fall, wenn ein Fehler der Strahlungsdosis 5% übersteigt, werden therapeutische Ergebnisse dementsprechend umgekehrt beeinflusst. Wenn ein Fehler der räumlichen Auflösungsleistung den Grenzwert von 1 mm übersteigt, wird der Fehler der Strahlungsdosis oft 5% übersteigen. Dementsprechend ist es für die Verteilungsmessvorrichtung hinsichtlich der Dosisverteilung notwendig, welche zu messen ist, dass die räumliche Auflösungsleistung nicht größer als 1 mm ist. Selbst bei IMRT, da ein unregelmäßiges Strahlungsfeld durch die Verwendung eines Mehrblattkollimators definiert ist, tritt ein ähnliches Problem an der Strahlungsfeldkante auf, dass die räumliche Auflösungsleistung nicht größer als 1 mm sein soll.
Als Folge der optischen Simulation oder der Simulation der Positionsauflösungsleistung haben es die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass, um die räumliche Auflösungsleistung der Verteilungsmessvorrichtung in etwa 1 mm anzunehmen, die Dicke des Kunststoffszintillators 202 auf einen Wert innerhalb des Bereichs von 0,15 bis 1,0 mm in Abhängigkeit des Oberflächenzustands der Szintillatorplatte festzusetzen ist. Im Nachfolgenden wird das Verfahren und das Ergebnis der Berechnung beschrieben, welches während der optischen Simulation oder der Simulation der Positionsauflösungsleistung verwendet wurde.
Wie vorstehend erwähnt, ist es für die räumliche Auflösungsleistung der Verteilungsmessvorrichtung für Radiooperation erforderlich, dass diese nicht größer als 1 mm ist. Da eine Vorrichtung zur Messung der Absorptionsdosisverteilung innerhalb des Phantoms bekannt ist, wie beispielsweise die Tiefendosisverteilungsmessvorrichtung, die in dem japanischen Patent Nr. 3102342 offenbart ist, wobei die Szintillationsfasern in einer Blockform gebündelt sind. Da jedoch die verwendeten Fasern in dieser bekannten Tiefendosisabsorptionsmessvorrichtung eine Länge von in etwa 10 mm aufweisen, ist es nicht möglich, die räumliche Auflösungsleistung auf einen Wert zu reduzieren, welcher nicht größer als 1 mm ist, solange nicht jegliche Abweichungen vorgenommen werden. Es ist zu erwähnen, obwohl es in Betracht gezogen worden ist, die verwendeten Fasern der herkömmlichen Tiefendosisabsorptionsmessvorrichtung auf eine Länge von 1 mm zu kürzen, dass dies ein Problem erzeugen wird, welches mit einer beträchtlichen Zunahme der Kosten der Herstellung einhergeht.
Im Hinblick auf das Vorstehende hat eine Berechnung stattgefunden, wenn die räumliche Auflösungsleistung an der Dosisverteilungsmessseite auf einen Wert reduziert werden kann, welcher nicht größer als 1 mm ist, wenn ein leicht herstellbarer und kostengünstiger, plattenähnlicher Kunststoffszintillator verwendet wird. Diese Berechnung ist hinsichtlich der folgenden Verfahren durchgeführt worden.
Insbesondere, wie in 2A gezeigt, wenn eine willkürliche gerade, lichtemittierende Seite 205a innerhalb des plattenartigen Kunststoffszintillators 202a erhältlich ist, wird ein Muster der Lichtverteilung, welche die Szintillatoroberfläche erreicht (die Endfläche des Kunststoffszintillators 202a), gemäß der Monte Carlo Simulation berechnet. Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Muster der Verteilung des Lichtes, welches die Szintillatoroberfläche erreicht, wenn Licht von der geraden lichtemittierenden Seite 205a innerhalb des Kunststoffszintillators 202a isotropisch ausgestrahlt wird, mit der Dicke des Kunststoffszintillators 202a berechnet (welche im Nachfolgenden als Szintillatordicke bezeichnet wird), welche variiert wird.
Die Ergebnisse der Berechnungen sind wie folgt.
Die Ergebnisse der Berechnung der Lichtverteilung an der Szintillatoroberfläche sind in 3 dargestellt, welche man erhält, wenn die Szintillatordicke T 1 mm beträgt. Wenn ein Zustand der Szintillatoroberfläche unterschiedlich ist (beispielsweise, wenn eine ideale optische Spiegeloberfläche oder eine lichtbrechende Oberfläche vorliegt), ist der Winkel der Lichterscheinung zur Außenseite des Kunststoffszintillators dementsprechend unterschiedlich, und als Folge davon führt dies zu einem unterschiedlichen Muster der Lichtmenge. Ebenso, wenn die Szintillatordicke T zu bestimmen ist, muss ein Übersprechen in Betracht gezogen werden (d. h. wenn Licht von einem bestimmten Punkt emittiert wird), das Licht, welches von diesem bestimmten Punkt emittiert wird, die anderen Punkte beeinflusst), was in einer Richtung rechtwinklig zur Szintillatordickenrichtung auftritt.
Angenommen, dass die erforderliche Spezifikation der Verteilungsmessvorrichtung derart ist, dass die räumliche Auflösungsleistung 1 mm beträgt und das Übersprechen nicht größer als 1 mm ist, muss daher der Abstand, an welchem das Übersprechen von 1% oder weniger auftritt, nicht größer als 1 mm sein. 4 zeigt den Abstand von dem lichtemittierenden Punkt (die lichtemittierende Position) zu dem Punkt, an welchem das 1% oder geringere Übersprechen auftritt. Wie in 4 gezeigt, ist dieser Abstand nicht größer als 1,2 mm in dem Fall einer idealen optischen Spiegelfläche (in einem optimalen Fall) oder nicht größer als 0,15 mm in dem Fall einer lichtbrechenden Oberfläche (in einem nicht gewünschten Fall).
Es ist zu erwähnen, dass vorstehende Berechnung aus denjenigen resultiert, welche für die räumliche Auflösungsleistung in der Richtung rechtwinklig zur Szintillatordicke erhalten worden sind. Wie ebenso vorstehend beschrieben, muss die räumliche Auflösungsleistung der Absorptionsdosisverteilungsmessvorrichtung in der Szintillatordickenrichtung nicht größer als 1 mm sein. Dementsprechend muss die Szintillatordicke T nicht größer als 1,0 mm in dem Fall einer idealen optischen Spiegeloberfläche sein und nicht größer als 0,15 mm in dem Fall der lichtbrechenden Oberfläche sein.
Gemäß den Ergebnissen der simulierten Berechnung, welche vorstehend diskutiert worden ist, ist es daher ersichtlich, dass, wenn bei der Verteilungsmessvorrichtung, welche den plattenartigen Kunststoffszintillator 202 verwendet, die Szintillatordicke innerhalb des Bereichs von 0,15 bis 1,0 mm in Abhängigkeit des Oberflächenzustands des Kunststoffszintillators 202 ausgewählt wird, wobei die räumliche Auflösungsleistung davon 1 mm sein wird. Somit wird bei der Verteilungsmessvorrichtung gemäß dieser ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Dicke des Kunststoffszintillators 202 auf einen Wert innerhalb des Bereichs von 0,15 bis 1,0 mm in Abhängigkeit dessen Oberflächenzustand festgelegt.
(Zweite Ausführungsform)
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die 5A und 5B beschrieben. Die Verteilungsmessvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform weist verschiedene Merkmale gemeinsam mit der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf. Dementsprechend werden bei der folgenden Beschreibung die Merkmale und/oder Komponenten nicht beschrieben, welche ähnlich zu demjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind, um eine Wiederholung dessen zu vermeiden, und anstelle davon werden lediglich Unterschiede von der ersten Ausführungsform beschrieben. Insbesondere sind bei der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform die Oberflächen des Kunststoffszintillators poliert, um Oberflächen zu repräsentieren, die ähnlich zu einer optischen Spiegelfläche sind, und wobei andere Merkmale und/oder Komponenten davon im Wesentlichen identisch mit denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind.
5A stellt einen plattenartigen Kunststoffszintillator 202c mit zumindest einer polierten Oberfläche dar, um eine Oberfläche zu repräsentieren, welche ähnlich zu der optischen Spiegelfläche ist, zusammen mit einem Muster der Intensitätsverteilung des Lichts 207c, welches von der Szintillatoroberfläche emittiert wird. Andererseits stellt 5B einen plattenartigen Kunststoffszintillator 202d mit zumindest einer Oberfläche bzw. Oberflächengrund dar, um eine mattierte Oberfläche zu repräsentieren, zusammen mit einem Muster der Intensitätsverteilung des Lichts 207, welches von der Szintillatoroberfläche emittiert wird.
Wie in den 5A und 5B gezeigt, wird angenommen, dass Licht von einer geraden Seite 205c und 205d emittiert wird, welche sich in der Szintillatordickenrichtung innerhalb des entsprechenden Kunststoffszintillators 202c und 202d erstreckt. Das durch diese Lichtemission gebildete Licht wird isotropisch bzw. isotrop von dem Punkt dessen Emission ausgestrahlt, und wobei es jedoch zu erwähnen ist, dass in diesen Figuren lediglich Bewegungspfade 206 des Lichts in Richtung einer Endflächenseite von jedem Kunststoffszintillator 202c und 202d aus Vereinfachungsgründen gezeigt sind.
Wie aus 5A ersichtlich, tritt bei dem geschliffenen Kunststoffszintillator 202c, um eine Oberfläche ähnlich zu einer optischen Spiegelfläche zu repräsentieren, wenn Licht die Szintillatoroberfläche erreicht, etwas Licht nach außen von dem Kunststoffszintillator 202c und wird nach innen innerhalb des Kunststoffszintillators gemäß den Prinzipien der Reflektion und Brechung reflektiert. Dabei ist das Licht, welches von dem Abbildungsanalysator 204 gemessen wird, dasjenige, welches nach außen von dem Kunststoffszintillator 202c abgestrahlt wird, wobei die Lichtmenge, welche nach außen von dem Kunststoffszintillator 202c abgestrahlt wird, mit der Zunahme des Abstands von dem lichtemittierenden Punkt abnimmt, insbesondere, wo die Szintillatoroberfläche poliert ist, um eine im Wesentlichen optische Spiegelfläche zu repräsentieren. Dies liegt daran, dass die Intensitätsverteilung des Lichts 207c an der Szintillatoroberfläche eine extrem geringe volle Breite des selben Maximums darstellt. Somit ist das Polieren der Szintillatoroberfläche, um eine Oberfläche ähnlich zu einer optischen Spiegelfläche zu repräsentieren, dahingehend effektiv, dass die räumliche Auflösungsleistung erhöht wird.
Im Gegensatz dazu, wie in 5B klar gezeigt, liegt bei dem Kunststoffszintillator 202d mit der Szintillatoroberfläche, welche eine mattierte Oberfläche darstellt, wobei Licht die Szintillatoroberfläche erreicht, einer Brechung der Szintillatoroberfläche, und somit wird der Lichtbetrag, welcher nach außen von dem Kunststoffszintillator 202d tritt, mit der Zunahme des Abstands von dem lichtemittierenden Punkt nicht abnehmen. Dies liegt daran, dass die Intensitätsverteilung des Lichts 207d an der Szintillatoroberfläche in einer Zunahme der vollen Breite des halben Maximums resultiert, wobei die räumliche Auflösungsleistung folglich reduziert wird.
(Dritte Ausführungsform)
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf 6 beschrieben. Es ist jedoch zu erwähnen, dass die Verteilungsmessvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform eine Vielzahl von Merkmalen aufweist, welche mit der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemeinsam ist, und dementsprechend werden in der folgenden Beschreibung die Merkmale und/oder Komponenten nicht beschrieben, welche ähnlich zu denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind, um Wiederholungen davon zu vermeiden, und anstelle davon werden lediglich Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform beschrieben. Insbesondere ist bei der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform die Welle des von dem Kunststoffszintillator emittierten Lichts auf einen sichtbaren Bereich festgelegt, welcher sich vom grünen Bereich bis in den roten Bereich erstreckt, wobei andere Merkmale und/oder Komponenten davon im Wesentlichen identisch mit denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind.
Während der plattenähnliche Kunststoffszintillator 202 Licht (im Nachfolgenden als Szintillationslicht) in einer Quantität proportional zu der absorbierten Dosis emittiert, emittiert zur gleichen Zeit der Kunststoffszintillator 202 und der transparente Kunststoffblock 203a Cerenkov-Licht. Obwohl der Betrag des emittierten Cerenkov-Lichts geringer ist als derjenige des Szintillationslichts, wird eine Beeinflussung der Messung der absorbierten Dosis auftreten, da die Menge des emittierten Cerenkov-Lichts nicht proportional zu der absorbierten Dosis ist.
Wie in 6 gezeigt, um den Geräuschspannungsabstand bezüglich des Cerenkov-Lichts auf einen möglichst geringen Wert nach unten zu unterdrücken, wird ein Kunststoffszintillator 202 um ein Spektrum (eine emittierte Lichtquellenlänge) 208 innerhalb eines spektralen Bereichs der Wellenlänge so lange wie möglich ausgewählt, d. h. innerhalb des sichtbaren Bereichs des Lichts, welcher sich von einem grünen Spektralbereich bis in einen roten Spektralbereich erstreckt. Wie aus 6 ersichtlich, tendiert das Spektrum 209 des Cerenkov-Lichts dazu, eine hohe Stärke an einer möglichst kurzen Wellenlänge darzustellen, und dementsprechend ist die Anordnung vorgenommen worden, um den Geräuschspannungsabstand zu reduzieren, welcher aus dem Cerenkov-Licht durch Zunahme der Wellenlänge des Szintillationslichts resultiert, so dass die Stärke des Cerenkov-Lichts relativ gering im Vergleich zu dem Szintillationslicht sein kann.
(Vierte Ausführungsform)
Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 7 beschrieben. Es ist jedoch zu erwähnen, dass die Verteilungsmessvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform verschiedene Merkmale gemeinsam mit der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist, und dementsprechend werden in der folgenden Beschreibung die Merkmale und/oder Komponenten nicht beschrieben, welche ähnlich zu denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind, um Wiederholungen davon zu vermeiden, und wobei anstelle davon lediglich Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform beschrieben werden. Insbesondere ist bei der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform ein optischer Filter vor dem Abbildungsanalysator angeordnet, wohingegen andere Merkmale und/oder Komponenten davon im Wesentlichen identisch mit denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind.
Der vorstehend erwähnte optische Filter wird mit dem Bezugszeichen 210 in 7 identifiziert und ist derart, um eine Passage des Lichts mit einer Wellenlänge länger und kürzer als die Wellenlänge des emittierten Lichts des Kunststoffszintillators 202 dadurch hindurch zu stören, d. h. dass dieser Filter effektiv ist, um eine Passage von lediglich Licht der emittierten Lichtwellenlänge von dem Kunststoffszintillator 202 hindurch ermöglicht. Insbesondere wird bei der Absorptionsdosisverteilungsmessvorrichtung, wie in 7 gezeigt, die Strahlung 201, wie beispielsweise Röntgenstrahlung oder Partikelstrahlung, wie beispielsweise Elektronenstrahlen, auf das Phantom projiziert, welches aus dem plattenähnlichen Kunststoffszintillator 202, dem transparenten Kunststoffblock 203a und dem Kunststoffblock 203b gebildet wird. Ein Muster der Intensitätsverteilung des Lichts, welches von dem Kunststoffszintillator 202 emittiert wird, wird durch den optischen Filter 210 von dem Abbildungsanalysator 204 gemessen, wie beispielsweise einer CCD-Kamera.
Der optische Filter 210 ist in der Form eines Bandpassfilters ausgebildet, welcher betrieben wird, um lediglich Licht einer emittierten Lichtwellenlänge von dem Kunststoffszintillator 202 hindurch passieren zu lassen. Dementsprechend kann das meiste Cerenkov-Licht, welches in dem Kunststoffszintillator 202 und dem transparenten Kunststoffblock 203a erzeugt wird, nicht durch den optischen Filter 210 passieren. Aufgrund dessen wird das Licht, welches von dem Abbildungsanalysator 204 gemessen wird, hauptsächlich aus dem Szintillationslicht gebildet, welches von dem Kunststoffszintillator 202 erzeugt wird. Dementsprechend ist es möglich, den Geräuschspannungsabstand zu reduzieren oder zu eliminieren, welcher aus dem Cerenkov-Licht resultiert, und somit kann die absorbierte Dosis genau gemessen werden.
Es ist zu erwähnen, dass der optische Filter 210, welcher bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, alternativ ein scharfer Schneidfilter sein kann, welcher betrieben wird, um eine Passage von lediglich Licht zu stören, welches eine Wellenlänge aufweist, die geringer ist als die emittierte Lichtwellenlänge des Kunststoffszintillators 202. Selbst in diesem Fall sind die Effekte im Wesentlichen ähnlich zu denjenigen, welche durch die Verwendung des Bandpassfilters erzielt werden können.
(Fünfte Ausführungsform)
Die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 8 beschrieben. Es ist jedoch zu erwähnen, dass die Verteilungsmessvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform verschiedene Merkmale aufweist, welche mit der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemeinsam sind, und dementsprechend werden in der folgenden Beschreibung Merkmale und/oder Komponenten nicht beschrieben, welche ähnlich zu denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind, um eine Wiederholung dessen zu vermeiden, und wobei an der Stelle davon lediglich Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform beschrieben werden. Insbesondere ist bei der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform ein optischer Filter, welcher aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, zwischen dem Kunststoffszintillator 202 und dem transparenten Kunststoffblock 203a an einer Seite angrenzend an den Abbildungsanalysator 204 angeordnet, wobei andere Merkmale und/oder Komponenten davon im Wesentlichen identisch mit denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind.
Der vorstehend erwähnte optische Filter wird durch das Bezugszeichen 211 in 8 identifiziert und ist derart effektiv, dass eine Passage von Licht mit einer Wellenlänge länger und kürzer als die emittierte Lichtwellenlänge des Kunststoffszintillators 202 hindurch gestört wird, d. h. dahingehend effektiv, dass eine Passage hindurch von lediglich Licht der emittierten Wellenlänge von dem Plastikszintillator 202 ermöglicht wird. Wie in 8 gezeigt, wird bei der Verteilungsmessvorrichtung Strahlung 201, wie beispielsweise Röntgenstrahlung oder Partikelstrahlung, wie beispielsweise Elektronenstrahlen, auf das Phantom projiziert, welches aus dem plattenähnlichen Kunststoffszintillator 202, dem transparenten Kunststoffblock 203a und dem Kunststoffblock 203b gebildet ist. Ein Muster der Intensitätsverteilung des Lichts, welches von dem Kunststoffszintillator 202 emittiert wird, wird durch den optischen Filter 211 mittels des Abbildungsanalysators 204 gemessen, wie beispielsweise einer CCD-Kamera. Der optische Filter 210 ist in der Form eines Bandpassfilters, welcher betrieben wird, um lediglich Licht der emittierten Lichtwellenlänge von dem Kunststoffszintillator 202 hindurch passieren zu lassen.
Wenn der optische Filter 211 nicht verwendet wird und wenn das Cerenkov-Licht von dem transparenten Kunststoffblock 203 erzeugt wird, besteht die Möglichkeit, dass der Kunststoffszintillator 202 von einer geringen Wellenlängenkomponente des Cerenkov-Lichts angeregt wird, Licht zu emittieren. Da das Cerenkov-Licht eine lichtemittierende Charakteristik aufweist, welche unterschiedlich von dem menschlichen Körpergewebe ist, werden die Emissionen des Lichts von dem Szintillator als Folge der Erregung des Cerenkov-Lichts die Messung der absorbierten Dosis dementsprechend beeinflussen.
Um zu verhindern, dass der Kunststoffszintillator 202 von dem Cerenkov-Licht erregt wird, welches von dem transparenten Kunststoffblock 203a emittiert wird, wird dementsprechend der optische Filter 211 zwischen dem Kunststoffszintillator 202 und dem transparenten Kunststoffblock 203a positioniert, um dadurch die Genauigkeit der Absorptionsdosismessung zu erhöhen. Das Material für den optischen Filter 211 muss mit dem menschlichen Gewebe kompatibel sein, da dieses an der Seite positioniert wird, welche zu erfassen ist. Dementsprechend sollte der optische Filter 211 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein.
Es ist zu erwähnen, dass der optische Filter 210, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, alternativ ein starker Schneidfilter sein kann, welcher derart betrieben wird, um die Passage von lediglich Licht zu stören, welches kürzer als die emittierte Lichtwellenlänge des Kunststoffszintillators 202 ist. Selbst in diesem Fall sind die Effekte im Wesentlichen ähnlich zu denjenigen, welche durch die Verwendung des Bandpassfilters erzielt werden.
(Sechste Ausführungsform)
Die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf 9 beschrieben. Es ist jedoch zu erwähnen, dass die Verteilungsmessvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform viele Merkmale mit der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemeinsam hat, und dementsprechend werden in der folgenden Beschreibung Merkmale und/oder Komponenten nicht beschrieben, welche ähnlich zu denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind, um eine Wiederholung dessen zu vermeiden, wobei anstelle davon lediglich Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform beschrieben werden. Insbesondere weist bei der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der Kunststoffblock 203c, welcher an einer Seite des Kunststoffszintillators 202 von dem Abbildungsanalysator 204 entfernt positioniert ist, oder ein Interfaceabschnitt des Kunststoffblocks 203c, welcher mit dem Kunststoffszintillator 202 in Kontakt gehalten wird, eine weiße Farbe auf, wohingegen andere Merkmale und/oder Komponenten davon im Wesentlichen identisch mit denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind.
In Bezug auf 9 wird bei der Verteilungsmessvorrichtung, welche darin dargestellt ist, die Strahlung 201, wie beispielsweise Röntgenstrahlung oder Partikelstrahlung bzw. Elektronenstrahlen, auf das Phantom projiziert, welches aus dem plattenartigen Kunststoffszintillator 202, dem transparenten Kunststoffblock (Acrylblock) 203a, der an einer Seite des Kunststoffszintillators 202 angrenzend an den Abbildungsanalysator 204 positioniert ist, und dem Kunststoffblock 203c gebildet, welcher an der anderen Seite des Kunststoffszintillators 202 von dem Abbildungsanalysator 204 entfernt positioniert ist, und wobei ein weißer Interfaceabschnitt bzw. weiß colorierter Interfaceabschnitt mit dem Kunststoffszintillator 202 in Kontakt gehalten wird. Ein Muster der Intensitätsverteilung des Lichts, welches von dem Kunststoffszintillator 202 emittiert wird, wird durch den Abbildungsanalysator 204 gemessen, wie beispielsweise einer CCD-Kamera.
Da der Interfaceabschnitt des Kunststoffblocks 203c mit dem Kunststoffszintillator 202 in Kontakt gehalten wird und weiß coloriert ist, kann das Licht, welches von dem Kunststoffszintillator 202 emittiert wird und in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Abbildungsanalysator 204 wandert, derart reflektiert werden, dass es in Richtung des Abbildungsanalysators 204 verläuft. Aufgrund dessen kann die Effizienz der Verwendung des Lichts erhöht werden, was zu einer Erhöhung der Sensitivität führt.
(Siebte Ausführungsform)
Die siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 10 beschrieben. Es ist jedoch zu erwähnen, dass die Verteilungsmessvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform mehrere Merkmale mit der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemeinsam hat, und daher werden in der folgenden Beschreibung Merkmale und/oder Komponenten nicht beschrieben, welche ähnlich zu denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind, um Wiederholungen davon zu vermeiden, und anstelle davon werden lediglich Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform beschrieben. Insbesondere weist bei der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform der Kunststoffblock 203d, welcher an einer Seite des Kunststoffszintillators 202 von dem Abbildungsanalysator 204 entfernt positioniert ist, oder ein Interfaceabschnitt des Kunststoffblocks 203d, welcher mit dem Kunststoffszintillator 202 in Kontakt gehalten wird, eine schwarze Farbe auf, wohingegen andere Merkmale und/oder Komponenten davon im Wesentlichen identisch mit denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind.
In Bezug auf 10 wird bei der Verteilungsmessvorrichtung, welche darin dargestellt ist, die Strahlung 201, wie Röntgenstrahlung oder Partikelstrahlung, wie beispielsweise Elektronenstrahlen, auf das Phantom projiziert, welches aus einem plattenartigen Kunststoffszintillator 202, dem transparenten Kunststoffblock (Acrylblock) 203a, der an einer Seite des Kunststoffszintillators 202 angrenzend an den Abbildungsanalysator 204 positioniert ist, und dem Kunststoffblock 203d aufgebaut, welcher an der anderen Seite des Kunststoffszintillators 202 von dem Abbildungsanalysator 204 entfernt positioniert ist, und wobei ein schwarzer bzw. schwarz gefärbter Interfaceabschnitt vorgesehen ist, der mit dem Kunststoffszintillator 202 in Kontakt gehalten wird.
Ein Muster der Intensitätsverteilung des Lichts, welches von dem Kunststoffszintillator 202 emittiert wird, wird von dem Abbildungsanalysator 204 gemessen, wie beispielsweise einer CCD-Kamera.
Da der Interfaceabschnitt des Kunststoffblocks 203d, welcher mit dem Kunststoffszintillator 202 in Kontakt gehalten wird, schwarz gefärbt ist, können unregelmäßige innere Reflektionen des Lichts innerhalb des Kunststoffblocks 203d minimiert oder nahezu eliminiert werden. Als Folge davon kann die räumliche Auflösungsleistung erhöht werden, was eine genauere Absorptionsdosisverteilungsmessung ermöglicht.
(Achte Ausführungsform)
Die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 11 beschrieben. Es ist jedoch zu erwähnen, dass die Verteilungsmessvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform mehrere Merkmale mit der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemeinsam hat, und daher werden in der folgenden Beschreibung Merkmale und/oder Komponenten nicht beschrieben, welche ähnlich zu denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind, um Wiederholungen davon zu vermeiden, und anstelle davon werden lediglich Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform beschrieben. Insbesondere weist bei der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform der Kunststoffszintillator 202e oder der Plastikblock 203e, welcher an einer Seite des Kunststoffszintillators 202e angrenzend an den Abbildungsanalysator 204 positioniert ist, dessen periphere Seitenfläche mit einer aufgebrachten, schwarz gefärbten Beschichtung auf, wobei andere Merkmale und/oder Komponenten davon im Wesentlichen identisch mit denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind.
Bezüglich 11 wird bei der Verteilungsmessvorrichtung, welche darin dargestellt ist, die Strahlung 201, die Röntgenstrahlung oder Partikelstrahlung, beispielsweise Elektronenstrahlen, auf das Phantom projiziert, welches aus dem plattenförmigen Kunststoffszintillator 202e, dem transparenten Kunststoffblock 203e und dem Kunststoffblock 203b gebildet wird. Ein Muster der Intensitätsverteilung des Lichtes, welches von dem Kunststoffszintillator 202e emittiert wird, wird von dem Abbildungsanalysator 204 gemessen, wie beispielsweise einer CCD-Kamera.
Da jedoch die periphere Seitenfläche des Kunststoffszintillators 202e im Wesentlichen mit einer schwarz gefärbten Beschichtung versehen ist, ist es möglich, Licht daran zu hindern, welches innerhalb des Kunststoffszintillators 202e emittiert wird, innerhalb des Szintillators 202e im Inneren reflektiert zu werden und daraufhin den Abbildungsanalysator 204 zu erreichen. Dementsprechend ist es möglich, das Störlicht zu reduzieren, welches aus der Reflektion resultiert, um dadurch eine sehr genaue Absorptionsdosisverteilungsmessung zu ermöglichen. Wenn die periphere Seitenfläche des transparenten Kunststoffblocks 203e mit einer schwarz gefärbten Beschichtung in einer Art und Weise versehen ist, welche ähnlich zu derjenigen des Kunststoffszintillators 202e ist, ist es in ähnlicher Art und Weise möglich, Licht daran zu hindern, welches im Inneren des transparenten Kunststoffblocks (Acrylblocks) 203e zu reflektieren und den Abbildungsanalysator 204 zu erreichen, um dadurch eine genauere Absorptionsdosisverteilungsmessung zu ermöglichen.
(Neunte Ausführungsform)
Die neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 12 beschrieben. Es ist jedoch zu erwähnen, dass die Verteilungsmessvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform mehrere Merkmale mit der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemeinsam hat, und daher werden in der folgenden Beschreibung Merkmale und/oder Komponenten nicht beschrieben, welche ähnlich zu denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind, um Wiederholungen davon zu vermeiden, und anstelle davon werden lediglich Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform beschrieben. Insbesondere ist bei der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der neunten Ausführungsform der Bewegungspfad des Lichts, welches von dem Kunststoffszintillator 202 emittiert wird, derart gebogen, dass es möglich ist, dass dieses in rechten Winkeln in Richtung des Abbildungsanalysators 204 abgelenkt wird, wobei andere Merkmale und/oder Komponenten davon im Wesentlichen identisch mit denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind.
In Bezug auf 12 wird bei der Verteilungsmessvorrichtung, welche darin dargestellt ist, die Strahlung 201, wie die Röntgenstrahlung oder Partikelstrahlung, wie beispielsweise Elektronenstrahlen, auf das Phantom projiziert, welches aus dem plattenähnlichen Kunststoffszintillator 202, dem transparenten Kunststoffblock 203a und dem Kunststoffblock 203b gebildet wird. Ein Muster der Intensitätsverteilung des Lichts, welches von dem Kunststoffszintillator 202 emittiert wird, wird durch den Abbildungsanalysator 204 gemessen, wie beispielsweise einer CCD-Kamera.
Wie in 12 gezeigt, wird der Bewegungspfad des Lichtes L, welcher sich von dem Phantom zu dem Abbildungsanalysator 204 erstreckt, um 90° von einem Ablenkungsspiegel 213 gebogen, und dementsprechend wird das Licht L von dem Kunststoffszintillator 202, wenn dieses auf den Ablenkungsspiegel 213 trifft, in rechten Winkeln derart gebogen, dass dieses auf den Abbildungsanalysator 204 trifft. Durch eine geeignete Anordnung des Phantoms (welches aus dem Kunststoffszintillator 202 und den Kunststoffblöcken 203a und 203b gebildet wird) in der vorstehend erwähnten Art und Weise, kann die Verteilungsmessvorrichtung als Ganzes hinsichtlich der Größe kompakt zusammengebaut werden.
(Zehnte Ausführungsform)
Die zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 13 beschrieben. Es ist jedoch zu erwähnen, dass die Verteilungsmessvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform mehrere Merkmale mit der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemeinsam hat, und daher werden in der folgenden Beschreibung Merkmale und/oder Komponenten nicht beschrieben, welche ähnlich zu denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind, um Wiederholungen davon zu vermeiden, und anstelle davon werden lediglich Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform beschrieben. Insbesondere wird bei der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der zehnten Ausführungsform von einer linear angetriebenen Vorrichtung 214 Verwendung gemacht, um das Phantom und den Abbildungsanalysator 204 in einer parallelen Richtung zu einer Querrichtung der Dicke des Szintillators 202 anzutreiben, wobei andere Merkmale und/oder Komponenten davon im Wesentlichen identisch mit denjenigen der Verteilungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind.
In Bezug auf 13 wird bei der Verteilungsmessvorrichtung, welche darin dargestellt ist, die Strahlung 201, wie die Röntgenstrahlung oder Partikelstrahlung, wie beispielsweise Elektronenstrahlen, auf das Phantom projiziert, welches aus dem plattenähnlichen Kunststoffszintillator 202, dem transparenten Kunststoffblock 203a und dem Kunststoffblock 203b gebildet wird. Ein Muster der Intensitätsverteilung des Lichts, welches von dem Kunststoffszintillator 202 emittiert wird, wird durch den Abbildungsanalysator 204 gemessen, wie beispielsweise einer CCD-Kamera.
Das Phantom und der Abbildungsanalysator 204 werden gleichzeitig durch die lineare Antriebsvorrichtung 214 in einer Richtung bewegt, welche durch den Pfeil 215 dargestellt ist, und der Richtung quer zur Dicke des Szintillators 202 entspricht, d. h. in einer Richtung rechtwinklig zu einer Endfläche (Szintillatorfläche) des Szintillators 202, d. h. in einer Richtung, welche durch den Pfeil 215 dargestellt ist. Während mit dem plattenähnlichen Kunststoffszintillator 202 das Muster der Verteilung der absorbierten Dosis in der zweidimensionalen Ebene in einfacher Art und Weise gemessen werden kann, macht es die Messung der absorbierten Dosisverteilung durch den Antrieb des Phantoms und des Abbildungsanalysators 204 linear in Richtung 215 möglich, die absorbierte Dosisverteilung in der dreidimensionalen Ebene innerhalb einer rechtwinkligen parallelen bzw. paralleleptiden Fläche zu messen, welche den Kunststoffszintillator 202 umfasst.
Es ist zu erwähnen, dass die Zeitdauer, welche zur Vervollständigung der dreidimensionalen Messung benötigt wird, reduziert werden kann, wenn die Messung der Dosisverteilung in der zweidimensionalen Ebene und die Zeitabfolge des Antriebs des Phantoms und des Abbildungsanalysators 204 in geeigneter Art und Weise gesteuert werden, beispielsweise, wenn der Antrieb eine kontinuierliche lineare Bewegung aufweist und die Abbildungsmessung durch eine Bewegbilderaufnahme durchgeführt wird.

Claims

Vorrichtung zur Messung der Absorptionsdosisverteilung, welche aufweist: ein Phantom, welches aus einem plattenartigen Kunststoffszintillator (202) mit einer Dicke innerhalb des Bereichs von 0,15 bis 1 mm, wobei die Dicke derart in Abhängigkeit der Oberflächenbeschaffenheit des Kunststoffszintillators festgelegt ist, dass ein Übersprechen in einer zur Szintillatordicke rechtwinkligen Richtung nicht höher als 1% und eine räumliche Auflösungsleistung der Vorrichtung 1 mm ist, und einem ersten und einem zweiten Kunststoffblock (203a, 203b) aufgebaut ist, welche an entsprechenden Seiten des Kunststoffszintillators in einer Richtung seiner Dicke positioniert sind, so dass diese den Kunststoffszintillator sandwichartig dazwischen aufnehmen, wobei der erste und/oder zweite Kunststoffblock transparent ist/sind; und einen Abbildungsanalysator (204) zur Messung eines Musters der Intensitätsverteilung des Lichts, welches von dem Kunststoffszintillator emittiert wird, wenn das Phantom mit der Strahlung (201) bestrahlt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Menge des Lichts, welches von dem Kunststoffszintillator emittiert wird, in einen absoluten Betrag einer Absorptionsdosisrate umgewandelt wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Kunststoffszintillator eine polierte Oberfläche aufweist, um eine Oberfläche zu repräsentieren, welche im Wesentlichen ähnlich zu einer optischen Spiegelfläche ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Licht, welches von dem Kunststoffszintillator emittiert wird, eine Wellenlänge aufweist, welche innerhalb des sichtbaren Bereichs des Lichts festgelegt wird, der von einem grünen Wellenlängenbereich zu einem roten Wellenlängenbereich verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner einen optischen Filter (210) aufweist, welcher vor dem Abbildungsanalysator angeordnet ist, wobei der optische Filter betätigbar ist, um die Passage des Lichts mit einer Wellenlänge hindurch zu stören, welche geringer ist als die emittierte Lichtwellenlänge des Kunststoffszintillators.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der optische Filter betätigbar ist, um eine Passsage des Lichts mit einer Wellenlänge dadurch hindurch zu stören, die länger ist als die emittierte Lichtwellenlänge des Kunststoffszintillators.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welches ferner einen kunststoffoptischen Filter (211) aufweist, der zwischen dem Kunststoffszintillator und dem transparenten Block des ersten oder zweiten Kunststoffblocks angeordnet ist, welcher an einer Seite des Kunststoffszintillators angrenzend an den Abbildungsanalysator positioniert ist, wobei der optische Filter betätigbar ist, um die Passage des Lichts mit einer Wellenlänge dadurch hindurch zu stören, welche geringer ist als die emittierte Lichtwellenlänge des Kunststoffszintillators.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der optische Filter betätigbar ist, um die Passage des Lichts mit einer Wellenlänge dadurch hindurch zu stören, die länger ist als die emittierte Lichtwellenlänge des Kunststoffszintillators.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei einer der Blöcke des ersten oder zweiten Kunststoffblocks weiß gefärbt ist, welcher an einer Seite des Kunststoffszintillators von dem Abbildungsanalysator entfernt positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei einer der Blöcke des ersten oder zweiten Kunststoffblocks schwarz gefärbt ist, welcher an einer Seite des Kunststoffszintillators von dem Abbildungsanalysator entfernt positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kunststoffszintillator eine Seitenfläche aufweist, welche mit einer schwarz gefärbten Beschichtung versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der transparente Block des ersten oder zweiten Kunststoffblocks, welcher an einer Seite des Kunststoffszintillators angrenzend an den Abbildungsanalysator positioniert ist, eine Seitenfläche aufweist, die mit einer schwarz gefärbten Beschichtung versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner einen linearen Antriebsmechanismus (214) zum linearen Antrieb des Phantoms und des Abbildungsanalysators in einer Richtung der Dicke des Kunststoffszintillators aufweist.