DE1948632C3 - Bestrahlungsanlage fur Neutronen therapie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungsanlage für

ίο Neutronentherapie durch Stehfeld- und/oder Drehfeldbestrahlung mit einer Neutronenquelle und einem den Nuizstrahl mittels eines Blendensystems ausblendenden Kollimator.

Für die Strahlentherapie zur Behandlung von Tunioren u. dgl. ist es bekannt, Röntgen-, Gamma- oder Elektronenstrahlen zu verwenden. Um jedoch die unterschiedliche Empfindlichkeit der Körperzellen für diese Strahlen — sauerstoffbeladene Zellen sind bekanntlich empfindlicher als sauerstofffreie Zellen —

ao auszugleichen, wird eine solche Bestrahlung in Sauerstoff-Überdruckkammern vorgenommen. Dieses Verfahren ist jedoch weder einfach noch gefahrlos. Werden dagegen schnelle Neutronen für die Bestrahlung verwendet, treten keine so großen Unterschiede hinsichtlich der Empfindlichkeit der einzelnen Zellen auf, so daß auf Sauerstoff-Überdruckkammern verzichtet werden kann.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 269 740 ist ein ortsfester Neutronenkollimator für Atomkernreaktoren mit zwei scherenartig verstellbaren Kollimationsblöcken bekannt. Die den Kollimatorkanal begrenzenden Flächen der Blöcke sind vom Kanaleingang zum Kanalausgang schräg gegen die Kanalachse gestellt. Eine Verschlußmechanik gestattet eine Verstellung der Blöcke bis zur Berührung der Flächen in der Kanalachse. Die Blöcke sind als langgestreckte Balken nebeneinander in einem die Reaktorabschirmung durchdringenden hohlen stirnseitig offenen Durchführungskörper gelagert und bilden mit diesem den Kollimator. Die Balken und der Durchführungskörper weisen an den gemeinsamen Berührungsflächen ineinandergreifende Strahlenhindcmisse auf. Die Kollimationsblücke können mindestens an einer der quer an den Kollimationsflächen angrenzenden Flächen Führungszapfen und die ortsfeste Durchführung an den entsprechenden Stellen Führungsnuten aufweisen, in welche die Zapfen eingreifen. Die Führungsnutcn sind in Stopfen eingearbeitet, die gegebenenfalls drehbar und auswechselbar, an entsprcchender Stelle in öffnungen der Durchführung eingesetzt sind. Auch ist vorgesehen, daß die Kollimationsblöcke an der dem Kollimationskanal abgekehrten Seite sägezahnförmig konturiert sind und mit ihren Zähnen in entsprechende Gegenzähnc der Durchführung eingreifen. Bei diesem bekannten Neutronenkoliimator handelt es sich um einen einfachen, robusten Kollimator, der einen vollkommenen Abschluß des Strahlenganges gestattet. Die Bewegbarkeit des Blendei-Kollimators dient allein dem Zweck, verschiedene Querschnitte des Nutzstrahles einzustellen. Eine Zugänglichkeit zum Kollimatorinneren ist jedoch nicht gegeben.

In der deutschen Patentschrift 1 230 136 ist eine Kollimatorscheibe mit kreisförmiger öffnung für Strahlen schneller Elektronen beschrieben, die aus einer ersten, der Strahlenquelle zugewendeten Schicht aus einem Metall mit niedriger Atomnummer, vorzugsweise kleiner als 15, und mindestens

einer weiteren Schicht aus einem Metall mit hohef Atomnummer, vorzugsweise größer als 70, besteht. Die Schichten sind fest miteinander verbunden. Die die öffnung begrenzende Fläche der zur Slrahleintrittsseite zu liegenden Schicht ist in an sich bekannter Weise weiter von der Strahlachse entfernt als diejenige, der zur Strahlaustrittsseite zu liegenden Schicht. Das Verhältnis der Differenz des größten und kleinsten öffmingsdurchmessers der Scheiben zur Gesamtdicke der Kollimatorscheibe liegt zwischen 0,1 und 0,5. Der nicht erwünschte Teil des Strahlfeldes prallt auf die erste Schicht des Kollimators auf, wird in dieser teilweise und in der nachfolgenden Schicht vollständig abgebremst.

Auch ist eine Blende zum Formen eines Bündels aus von einer radioaktiven Strahlungsquelle ausgehenden Strahlen, mit einer MeTirzahl von in Richtung des Strahlenbündels übereinandergestapelten Sätzen voneinander unabhängiger, in ihren Ebenen beweglicher Blenden mit parallelen oberen und unteren Flächen bekannt (deutsche Patentschrift 1 062 350). Die Blendensätze bestehen aus je vier Übereinanderliegenden, gegeneinander um einen bestimmten Abstand versetzten, um je 90 gegeneinander verdrehten flachen L-förmigen strahlenabsorbierenden Blendenplatten, die so angeordnet sind, daß die inneren Scheitelpunkte der L-förmigen Blendenplatten die Ecken einer rechteckförmigen öffnung bilden Mit den Blendensätzen sind Getriebe gekuppelt.

Der aus der britischen Patentschrift 815 1'8 bekannte Kollimator weist ebenfalls eine öffnung zur Aufnahme der den Nutzstrahl ausblendenden Blendensätze auf. Insbesondere ist aus dieser Patentschrift ersichtlich, ein die Blende ausleuchtendes lichtoptisches System vorzusehen. Das vom optischen System ausgestrahlte Licht kann durch einen dünnen Spiegel entlang der Maschinenachse reflektiert werden, u.n die Feldgrößc in bekannter Weise zu skizzieren.

In der deutschen Patentschrift 961 200 ist ein Bestrahlungsapparat für die Anwendung radiaktiver Präparate beschrieben, bei welchem das in einer kammerartigen Ausnehmung einer drehbaren Bleischeibe angeordnete Präparat mittels eines flexiblen Förderorgans aus einer Förderstellung durch einen mit der Ausnehmung korrespondierenden Förderschacht an eine am Ende des Schachts befindliche Arbeitsstelle bzw. umgekehrt transportierbar ist. Bei diesem Bestrahlungsapparat ist am abschließenden Ende des Förderschachtes ein um die Schachtachsc vorzugsweise motorisch drehbarer Behandlungskupf angeordnet. In dem Behandlungskopf sind wenigstens zwei unter verschiedenen Winkeln gegen die Schachtachse geneigte strahlensicher abschließbare Strahlenaustrittsöffnungen vorgesehen. Nachteilig ist, daß dieser Apparat verhältnismäßig klein ausgeführt ist. Die bei einem derartigen Bestrahlungsapparat möglicherweise durchführbaren Maßnahmen können daher keinesfalls ohne weiteres auf eine Neutronentherapieanlage übertragen werden.

Aus der britischen Patentschrift 1 129 653 ist eine Bestrahlungsanlage mit einem feststehenden Bestrahlungstisch ersichtlich, bei der die Strahlenquelle zusammen mit dem. sie umgebenden Kollimator in verschiedenen Richtungen um den Patienten schwenkbar ist. Dieses ^rtrinzip ist jedoch bei einer Neutronentherapieanlage technisch nur schwer und mit großem Aufwand zu verwirklichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bestrahlungsanlage für Neutronentherapie durch Stehfeld- und/oder Drehfeldbestrahlung zu schaffen, bei der das zur Erzeugung der hochenergetischen

Neutronen im Kollimator angeordnete Target zum Zwecke einer leichten Auswechselbarkeit gut zugänglich ist,-Der Neutronenstrahl soll exakt auf den Krankheitsherd beschränkt bleiben, und die übrigen Körperteile des Patienten sollen vor einem zu hohen

ίο Strahlenpegel ausreichend geschützt werden können. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise der Kollimator durch verzahnt ausgebildete Teilfugen in zwei oder mehrere, mittels eines Antriebes auseinanderfahrbar

is angeordnete Teile geteilt ist, daß der Kollimator in ebenfalls an sich bekannter Weise aus mehreren, verschiedene Spektralbereiche der Strahlung streuenden bzw. absorbierenden Schichten besteht und daß die erste Schicht die hochenergetischen Neutronen abbremst, die zweite Schich; die gestreuten Neutronen weiter abbremst und absorbiert und die letzte Schicht die erzeugte Gamma-Strahlung absorbiert, daß die Neutronenquelle in ebenfalls an sich bekannter Weise räumlich feststehend angeordnet ist und der Kollimator um die Neutronenquelle schwenkbar ist und daß der Kollimator zusammen mit einem Behandlungstisch um die Neutronenquelle schwenkbar ist, wobei der Behandlungstisch in horizontaler Lage ausgerichtet bleibt.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein sicherer Schutz des Patienten gegen einen zu hohen Strahlungspegel und eine exakte Beschränkung der Bestrahlung auf den Krankheitsherd gewährleistet ist. Zugleich ist sichergestellt, daß mit

Rücksicht auf die begrenzte Lebensdauer des Target eine leichte Auswechselbarkeit gegeben ist. Schließlich ist die bis zum Anmeldungstag vorhandene Schwierigkeit beseitigt, daß nur das Teil des Strahlungsschutzes an der Schwenkbewegung teilnimmt.

das die Blendenöffnung aufweist. Damit ist ein erheblich Kleinerer Schwenkbetrieb erforderlich.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein die Blendenöffnung enthaltendem Mittelteil des Kollimators über eine Betätigungswelle von einem Antrieb derart schwenkbar, daß als Ausgangsstellung für die Bestrahlung jede Lage im Schwenkwinkelbereich einstellbar ist. Damit ist gewährleistet, daß bei der Drehung des Kollimators keine große Masse, sondern lediglich dai Mittelteil bewegt wird, während die Sei-

tenteile als Abschirmung der Neutronenquelle dienen.

Bei Drehfeldbestrahlung soll der Kollimator mit dem Behandlungstisch durch einen Antrieb um die Ausgangsstellung mit einstellbarem Winkel und ein-

stellbarer Winkelgeschwindigkeit schwenkbar sein.

Eine veitere Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich darauf, daß auf der Betätigungswelle des Kollimators ein Schwenkarm mit einem exzentrischen aus einem Innen- und einem Außenring bestehenden Tragring großen Durchmessers zur Aufnahme eines Traggehäuses des Behandlungstisches befestigt ist. Dabei soll der Innenring im Außenring des Tragringes drehbar gelagert sein und das Traggehäuse des Behandlungstisches auf dem Innenring aufliegen.

Damit nun trotz der Ausrichtung des Kollimators auf den Bestrahlungsherd der Behandlungstisch immer in der Horizontalen bleibt, sieht die Erfindung vor, daß ein in einem Innenumfang des Außenringes

angeordneten Zahnkranz eingreifender Radantrieb steht, und einem über Rollen 22 im Außenring 20 vorgesehen ist, der den Innenring mit dem Traggc- drehbar gelagerten Innenring 21 zusammen. Am Inhäusc bei einer Schwenkung des Schwenkarmes der- ncnumfnng des Außenringes 20 ist ein Zahnkranz 23 artig gegensinnig gegenüber dem Außenring vcr- vorgesehen, in den ein von einem Motor angetriebedreht, daß sich das Traggehäuse zu jeder Zeit senk- 5 nes Ritzel 24 eingreift. Der Motor, der im übrigen recht unter der Tragringachse befindet und der Bc- nicht dargestellt ist. sitzt in einem Traggehäuse 26, handlungstisch horizontal ausgerichtet ist. das auf dem Innenring 21 des Tragringes 19 befestigt

D;;mit sich bei einer Störung des Ritzelantriebes ist. Das Traggehäuse 26 nimmt auch einen ebenfalls der Bchandlungstisch nicht schräg stellt, ist ein nicht dargestellten Antrieb zur Höhenverstellung Schalter vorgesehen, der beim Ausweichen des Bc- i° eines Behandlungstischcs 27 auf. Auf dem Bcluindhandlungstjschcs aus der horizontalen Lage die An- lungstisch 27 ist mit 33 ein Bchandlungsbctt angelagc automatisch stillsetzt. deutet. Der Bchandlungstisch 27 kann um eine verti-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der kale Achse 29 geschwenkt werden, so daß das Be-Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher handlungsbett mit dem Patienten ohne Behinderung erläutert. Es zeigt 'S durch den Kollimator einfach und bequem auf dem

Fig. 1 eine Neutronen-Bcstrahlungsanlage in einer Tisch angebracht und ausgerichtet werden kann. Dateilweise geschnittenen Seitenansicht, durch wird es auch möglich, bei zur Seite gcschwenk-

F i g. 2 eine Ansicht der Bestrahlungsanlage von tem Behandlungstisch 27 einen Patienten in sitzender vorn. Stellung zu bestrahlen. Die gesamte Bcstrahlungsan-

In F i g. 1 ist mit 1 ein Strahlrohr eines lonenbe- a° lage ist an der Decke mit einem Träger 34 oder an schleunigere mit einem die Neutronenquelle bilden- den Scitenwändcn des Behandlungsraumes befestigt, den Target angedeutet, das im Mittelpunkt eines zy- Mit einem Motor 36, der ein in eine Zahnstange

lindrischen Kollimators 2 angeordnet ist. In der in 38 eingreifendes Zahnrad 37 antreibt, kann das Geder Zeichnung nicht dargestellten Neutronenquelle häusc 17 samt Kollimator-Mittelteil 3, Seitenteil 5 sollen Neutronen, beispielsweise in einem Tritium- 25 und Behindlungstisch 27 zur Seite gefahren werden. Target 14 McV-Ncutroncn bei einer T(d.n)⁴He-Rc- so daß das Neutronen-Target zugänglich wird. Die aktion, entstehen. Der Kollimator 2 ist durch im wc- Zahnstange 38 ist an dem Träger 34 angebracht, auf sentlichcn vertikale, verzahnte Flächen aufweisende dem sich auch das Gehäuse 17 sowie der Kollima-Teilfugen 6 in ein ringförmiges Mittelteil 3 und zwei tor 2 über ein Traggerüst 35 mittels Rollcnfühnincon scheibenförmige Seitenteile4 und5 aufgeteilt. Wäh- 30 39. 40 abstützt (Fig. 2). Die Kollimator-Seitenteile 4 rend durch das eine Seitenteil 4 das Strahlrohr 1 des und 5 sind an dem Traggerüst 35 mit Halteschnuiben Ionenbeschleunigcrs hindurchgeführt ist, durchdringt 41 befestigt.

eine mit einer Ringschulter8 versehene Betätigungs- In F i g. 2 ist strichpunktiert der Bchandlung^tc-ch

welle 7 das andere Seitenteil 5 des Kollimators 2. Auf 27 in einer geschwenkten Position dargestellt, der Ringschulter 8 ist das Mittelteil 3 des Kollima- 35 Unter Stchfeldbestrahlung versteht man allgemein tors 2 starr befestigt, während mit 9 ein Rollenlager eine Behandlungsmethode, bei der die Position der bezeichnet ist, über das die Betätigungswelle 7 gegen- Strahlungsquelle und des zu bestrahlenden Herdes über dem Seitenteil 5 drehbar gelagert ist. In dem festliegen, während bei der Drehfcldbestrahliine die Mittelteil 3 ist eine zur Aufnahme von Blendenein- von der Strahlenquelle ausgehenden Strahlen kontisätzen 11 ausgebildete öffnung 10 vorgesehen, die 4° nuicrlich ein größeres Feld der Körperoberfläche bebis in den von der Ringschulter 8 gebildeten zentra- streichen. Die letztere Methode wird vor allen Dinlcn Hohlraum des Kollimators reicht. Mit 12 ist ein gen bei Bestrahlungen von körpcrinncrcn Krankheitsdie Blende Il ausleuchtendes optisches System ange- herden angewendet, um die gesunde Körperfläche deutet. keinem zu hohen Strahlcnpcgel auszusetzen.

Es sind auswechselbare Blendeneinsätze 11 unter- 45 Zur Behandlung durch Stchfeldbestrahlung mit

schiedlicher Größe vorgesehen, damit eine optimale der erfindungsgemäßen Bestrahlungsanlage wird der

Anpassung des Bestrahlungsfeldes an die bestrahlte auf dem Behandlungsbett 33 liegende Patient durch

Körperfläche: (Größe des bestrahlten Gewebes) mög- Längs- oder Scitcnverschicbung des Bettes auf dem

Hch ist. Behandlungstisch 27 so ausgerichtet, daß das zu be

Der aus den drei Einzelteilen 3,4 und 5 beste- 50 strahlende Körperteil im Lichtbündcl des optischer

hende Kollimator 2 ist aus drei Schichten 13 a, 13 b, Systems 12 liegt. Die Justierung kann visuell odei 13 c aufgebaut, von denen im Ausführungsbeispiel mit Hilfe von Fernsehkameras, die auch den Patien die erste und die dritte Schicht 13 a bzw. 13 c aus ten während der Bestrahlung überwachen, kontrol Stahl und die zweite Schicht 13 b aus Polyäthylen, liert werden. Für Drehfeldbestrahlung muß dagegei

also einem Material mit hohem Wasserstoffgehalt 55 der Tisch so in der Höhe eingestellt werden, daß de

pro Volumeneinheit, bestehen soll. bestrahlte Herd genau in der Achse des Tragringe

Eine Neintronendosismeßeinrichtung 16 mißt die 19 liegt. Als Ausgangsstellung sowohl für Stehfeld

Neutronendosis eines repräsentativen Strahlungs- als auch für Drehfeldbestrahlung kann neben de querschnittes und schaltet über eine nicht dargestellte senkrecht unterhalb der Achse der Betätigungs

Schalteinrichtung bei Erreichung einer vorgegebenen 6c welle 7 Hegenden Lage des Behandlungstisches 2

Neutronendosis den Ionenbeschleuniger ab. auch jede andere Lage im möglichen Schwenkwir

Auf der Betätigungswelle 7 ist in einem Gehäuse kelbereich durch kurzzeitige Betätigung des Antrie

17 ein Zahnrad 14 befestigt, das von einem Ε-Motor bes 15 eingestellt werden. Der Patient braucht dahe 15 über ein Schraubenritzel angetrieben wird. beispielsweise bei Bestrahlung von der Seite, auf dei

Gleichfalls auf der Betätigungswelle 7 ist ein Schwenk- 65 Behandlungstisch nicht gedreht zu werden, sondei arm 18 mit: einem exzentrischen Tragring 19 befe- wird zusammen mit dem Tisch in die gewünschte B(

stigt. Der Tragring 19 setzt sich aus einem Außenring Strahlungsposition geschwenkt. Bei Drehfeldbestral

20. der mit dem Schwenkarm 18 aus einem Stück be- lung ist der Winkel der Schwenkbewegung, die di

Antrieb 16 in gleicher Weise sowohl auf den Kollimator 2 als auch auf den Bchandlungstisch 27 um die Ausgangsstellung ausübt, einstellbar ebenso wie die Winkelgeschwindigkeit der Schwenkbewegung. Dadurch wird es möglich, die Behandlung mit Hilfe der erfiv..iungsgcmäUcn Bestrahlungsanlage in wetten Grenzen zu variieren und sie dem einzelnen Fall oplimal anzupassen. Bei Drchfeldbestrahlung sorgt der Antrieb des Ritzels 24 zusammen mit dem drehbar Im Außenring 20 gelagerten Innenring 21 dafür, daß der Bchandhingstisch 27 immer horizontal ausgerichtet ist. indem er das Traggehäuse 26 durch eine der Schwenkrichtung entgegengesetzte Drehung des Innenringes 21 zu jeder Zeit senkrecht unterhalb der Tragringachse hält. Die Blende des Kollimators bleibt dabei immer auf den Bestrahlungsherd ausgerichtet. Sollte durch irgendeinen Umstand der Behandlungstisch bei Drehfeldbestrahlung aus der horizontalen Lage kommen, so wird die Anlage über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Schalter, ίο der beispielsweise als Schwcrkraftschalter ausgebildet sein kann, abgeschaltet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 651/255

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Bestrahlungsanlage für Neutronentherapie jurch Stehfeld- und/oder Drehfeldbestrahlung mit einer Neutronenquelle und eir.2m den Nutzstrahl mittels eines Blendensystems ausblendenden Kollimator, dadurch gekennzeichnet, JaIi in an sich bekannter Weise der Kollimator (2) durch verzahnt ausgebildete Teilfugen (6) in zwei oder mehrere, mittels eines Antriebes (36, 37, 38) auseinanderfahrbar angeordnete Teile (3, 4, S) geteilt ist, daß der Kollimator (2) in ebenfalls an sich bekannter Weise aus mehreren, verschiedene Spektralbereiche der Strahlung streuenden bzw. absorbierenden Schichten (13) besteht, und dall die erste Schicht (13«) die hochenergctischen Neutronen abbremst, die zweite Schicht (13Λ) die gestreuten Neutronen weiter abbremst und absorbiert und die letzte Schicht (13t) die erzeugte Gamma-Strahlung absorbiert, daß die Neutronenquelle in ebenfalls an sich bekannter Weise räumlich feststehend angeordnet ist und der Kollimator um die Neutronenquelle schwenkbar ist und daß der Kollimator (2) zusammen mit einem Behandlungstisch (7) um die Neutronenquelle schwenkbar Lt, wobei der Behandlungstisch in horizontaler Lage ausgerichtet bleibt.

2. Bestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Blendenöffnung (10) enthaltendes Mittelteil (3) des Kollimators (2) über eine Betätigungsteile (7) von einem Antrieb (14, 15) derart sch-werkbar ist, daß als Ausgangsstellung für die Bestrahlung jede Lage im Sclnvenkwinkelbereich einstellbar ist.

3. Bestrahlungsanlage nach den Ansprüchen 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß bei Drchfeldbestrahlung der Kollimator (2) mit dem Behandlungstisch (27) durch den Antrieb (14, 15) um die Ausgangsstellung mit einstellbarem Winkel und einstellbarer Winkelgeschwindigkeit schwenkbar ist.

4. Bestrahlungsanlage nach den Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß auf der Betätigungswelle (7) des Kollimators ein Schwenkarm (18) mit einem exzentrischen, aus einem Innenring (21) und einem Außenring (20) bestehenden Tragring (19) großen Durchmessers zur Aufnahme eines Traggehäuses (26) des Behandlungstisches (27) befestigt ist.

5. Bestrahlungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (21) im Außenring (20) des Tragringes (19) drehbar gelagert ist und daß das Traggehäuse (26) des Behandlungstisches (27) auf dem Innenring aufliegt.

(i. Bestrahlungsanlage nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem Innenumfang des Außenringes (20) angeordneten Zahnkranz (23) eingreifender Ritzelantrieb (24) vorgesehen ist. der den Innenring (21) mit dem Traggehäuse (26) bei einer Schwenkung des Schwenkarmes (18) derart gegensinnig gegenüber dem Außenring (20) verdreht, daß sich das Traggehäuse (26) zu jeder Zeit senkrecht unter der Tragringachse befindet und der Behandlungstisch (27) horizontal ausgerichtet ist.

7. Bestrahlungsanlage nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter vorgesehen ist, der beim Ausweichen des Behandlungstisches (27) aus der horizontalen Lage die Anlage stillsetzt.