DE2644295C2 - Strahlenquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strahlenquelle für ein vorzugsweise medizinisch genutztes Bestrahlungsgerät mit einem topfförmigen Quellengehäuse, einem in dem Quellengehäuse zentrisch angeordneten, zylindrischen gekapselten Radioisotop und einer zwischen dem topfförmigen Quellengehäuse und dem gekapselten Radioisotop angeordneten, rohrförmigen Schwermetallau?kleidung.

Es ist allgemein üblich, Radioisotope - insbesondere Co 60 und Cs 137 — für die Verwendung in Bestrahlungsgeräten in genormten Gehäusen von hierzu spezialisierten Lieferfirmen zu beziehen. Solche Strahlenquellen bestehen meist aus einem döppelwandigen, topfförmigen Gehäuse aus dünnem Edelstahlblech, in dem das radioaktive Isotop eingeschweißt ist. Der Durchmesser der radioaktiven Füllung Hegt im allgemeinen zwischen 10 und 20 mm und besitzt eine Höhe von ca, 30 mm,

Eine Strahlenquelle wird so in das Schutzgehäuse eines Bestrahlungsgerätes eingebaut, daß die zylindrische Wandung und die eine kreisscheibenförmige Stirnseite des topfförmigen Quellengehäuses zur Abschirmung von Schwermetall umgeben sind. Die radioaktive Strahlung des Radioisotops tritt nach Öffnung eines entsprechenden Verschlußsystems durch die andere Stirnseite der Strahlenquelle ungeschwächt aus dem Gehäuse aus. Bei den Strahlenquellen einiger Hersteller wird auch innerhalb des Gehäuses der Strahlenquelle Abschirmmaterial verwendet Ditses ist zwischen der inneren Kapsel, die das radioaktive Material enthält, und dem in seinem Durchmesser entsprechend vergrößerten äußeren Gehäuse der Strahlenquelle in Form eines rohrförmigen Abschirmkörpers, der die Kapsel konzentrisch umgibt, angeord-HPt, vgl. die DE-OS 20 02 620.

In der medizinischen Strahlentherapie müssen unterschiedlich große Krankheitsherde bestrahlt werden, deren Abmessungen die Abmessungen der Ausfittsfläche der Strahlenquelle meist um mehr als eine Zehnerpotenz übertreffen. Die Einstellung des Bestrahlungsfeldes erfolgt am Bestrahlungsgerät durch eine in Strahlenrichtung hinter dem Verschlußsystem und hinter der das Verschlußsystem umgebenden Abschirmung mit ihrer den maximal einstellbaren Öffnungswinkel des Strahlenkegels angepaßten kegelförmigen Austrittsöffnung angeordnete Strahlenblende. Mit deren Hilfe kann die gewünschte Feldgröße aus dem aus der Strahlenquelle austretenden Strahlenkegel ausgeblendet werden, vgl. DE-AS 10 10 659. Die Feldgröße wird hierbei geometrisch durch die Verbindungsgerade zwischen dem Radioisotop und den Kanten der Blendenplatten der Strahlenblende definiert.

Die Intensität der Strahlung fällt am Rand des Bestrahlungsfeldes nicht unmittelbar auf Null zurück. Vielmehr sinkt sie innerhalb eines mehr oder minder großen Bereiches allmählich ab. Die Breite dieses sog. »Halbschattenbereiches« ist u. a. abhängig vom Abschirmverhalten der Blende, von den geometrischen Abmessungen der Quelle und von d^rs geometrischen Abstandsverhältnissen Quelle — Blende und Blende — Hautoberfläche des bestrahlten Patienten.

Aus therapeutischen Gründen wird bekanntlich verlangt, daß der Halbschattenbereich so klein wie möglich gehalten wird. Hierzu wurden bisher Lösungen in Richtung einer Verbesserung der Abstandsverhältnisse und einer Verkleinerung des Quellendurchmessers gesucht. Verbesserungen der Abstandsverhältnisse sind u.a. durch die im klinischen Betrieb erforderliche relative Verstellbarkoit zwischen Patient, Lagerungstisch und Strahlerkopf eine natürliche Grenze gesetzt. Eine Verkleinerung des Quellendurchmessers bedeutet bei gleicher spezifischer Aktivität des verwendeten radioaktiven Materials eine größere Quellenhöhe und damit größere Verluste an Dosisleistung durch Selbstabsorption.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, um insbesondere bei der Verwendung kleiner Quellendurchmesser eine bessere Ausnutzung des Quellenmaterials, einen steueren Intensitätsabfall jenseits des Randes des Bestrahliingsfeldes und gleich große Intensitäten innerhalb des Bestrahlungsfeldes zu erreichen.

Bei einer Strahlenquelle der eingangs genannten Art ist daher die innere Wandung der Schwermetallauskleidung kegel- oder pyramidenstumpfförmig ausgebildet, derart, daß sie einerseits in Verlängerung den inneren Rand der maximal geöffneten Blendenplatten des Bestrahlungsgerätes und andererseits den Rand der den

Blendenplatten abgewandten Seite der Kapsel des Radioisotops tangiert.

Diese Lösung der obengenannten Aufgabe setzt die Erkenntnis voraus, daß eine wesentliche Ursache für den Abfall der Dosisleistung zum Rand des Bestrahlungsfeldes hin bei den bekannten Bestrahlungsgeräten darin zu suchen ist, daß Strahlungsquanten, die von den der Strahlenblende abgewandten, rückwärtigen Bereichen des Radioisotops ihren Ausgang nehmen, insbesondere bei Strahlenquellen kleineren Durchmessers und großer Höhe, nennenswerte Wegstrecken durch die Schwermetallauskleidung, die das gekapselte Radioisotop in bekannter Weise rohrförmig umgibt, zurücklegen müssen, wenn sie in Richtung auf die Randbereiche eines Bestrahlungsfeldes abgestrahlt werden. Dabei schirmt diese Schwermetallauskleidung die Strahlung stärker ab als das in Richtung des Zentralstrahls vorgelagerte Material des Radioisotops selbst Außerdem werden in diesem Raumwinkelbereich, anders als in dem dem Zentralstrahl benachbarten Raumwinkelbereich, keine zusätzlichen Strahlungsquanten mehr von außen eingestreut. Durch den kegelstumpffömigcri Zwischenraum zwischen dem Radioisotop und der Schwermetallauskleidung wird dieses Strahlungsdefizit im Randbereich des Bestrahlungsfeldes vermindert.

Eine exakte Halterung des gekapselten Radioisotops im Quellengehäuse wird erreicht, wenn der Zwischenraum zwischen dem gekapselten Radioisotop und der Schwermetaliauskleidung erfindungsgemäß mit einem leicht durchstrahlbaren Material ausgefüllt ist. Hierdurch wird insbesondere bei der Verwendung eines gut wärmeleitenden Materials, wie beispielsweise eines Formkörpers aus Aluminium, für eine gute Wärmeableitung vom Radioisotop zum Queiiengehause gesorgt. Eine hinreichend stabile und zuverlässigere Halterung des Radioisotops im Quellengehäuse ist darüber hinaus eine unerläßliche Voraussetzung für die Transportfähigkeit der Strahlenquelle.

Eine besonders zweckmäßige Konstruktion der Strahlenquelle ergibt sich, wenn das gekapselte Radioisotop im Quellengehäuse in Weiterbildung der Erfindung an seiner den Blendenplatten zugewandten Seite durch eine Lochscheibe aus leicht durchstrahlbarem Material und an seiner gegenüberliegenden Seite unmittelbar durch die Schwermetallauskleidung zentriert gehalte¹' wird. Diese Konstruktiv ergibt besonders geringe Strahlenabsorptionswerte für die Randstrahlung. Sie ist auch mit ausreichender mechanischer Stabilität herstellbar.

In einer anderen Ausfu^rungsform der Erfindung kann das gekapselte Radioisotop im Quellengehäuse an seiner den B'endenplatten .Tugewandten Seite durch eine der Form des gekapselten Radioisotops angepaßten Einprägung im Boden des topfförmigen Quellengehäuses und an seiner gegenüberliegenden Seite unmittelbar durch die Schwermetallauskleidung zentriert gehalten werden. Hierdurch wird die im vorigen Ausführungsbeispiel angeführte Lochscheibe eingespart.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von vier in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig.l eine vereinfachte Schnittdarstellung durch einen Strahlerkopf mit eingesetzter Strahlenquelle,

Fig.2 ein Diagramm der applizierlen Dosisleistung M in Abhängigkeit vom Abstand vom Zentralstrahl,

F i g. 3 einen Schnitt durch eine Strahlenquelle, bei der das gekapselte Radioisotop an seinem einen Ende von der Schwermetallauskleidung und an seinem anderen Ende von einer Lochscheibe aus leicht durchstrahlbatem Material zentriert gehalten wird,

F i g. 4 einen Schnitt durch eine Strahlenquelle, bei der das gekapselte Radioisotop an seinem einen Ende von der Schwermetallauskleidung und an seinem anderen Ende durch eine besondere Formgebung des Bodens des Quellengehäuses zentriert gehalten wird, und

F i g. 5 einen Schnitt durch eine Strahlenquelle, bei der das gekapselte Radioisotop leicht kenisch geformt ist

Die Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung einen Ausschnitt aus einem Strahlerkopf 1 eines der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Bestrahlungsgerätes. In einem als Verschluß ausgebildeten, im Strahlerkopf drehbaren Quellenrad 2 ist eine Strahlenquelle 3 eingesetzt Am Strahlerkopf i sind zwei rechtwinklig zueinander verstellbare Blendenplatten 4, 5 einer sonst nicht weiter dargestellten Strahlenblende 6 zu erkennen. Die eine in der Zeichenebene verstellbare Blendenplatte 4 ist in zwei verschiedenen Öffnungspositionen gezeigt.

Die Strahlenquelle 3 besteht aus einem tupfförmigen Quellengehäuse 7 aus Edelstahl. Im Quellengehäuse befindet sich zentrisch zur Symmetrieachse 8 des Quellengehäuses ein zylindrisches, in einer Edelstahlkapsel 9 eingeschweißtes Radioisotop 10 von 10 mm Durchmesser und 30 mm Länge. Die Kapsel 9 des Radioisotops 10 wird von einer, an der inneren Wandung des Quellengehäuses 7 anliegenden, im wesentlichen rohrförmigen Schwermetallauskleidung 11 umgeben. Die Innenwandung 12 dieser Schwermetallauskleidung ist auf der dem Radioisotop 10 zugewandten Seite in Richtung auf die Strahlenblende 6 zu kegel- bzw. pyramidenstumpfförmig erweitert, so daß sie zwischen sich und der Kapsel 9 des Radioisotops 10 einen Zwischenraum freiläßt. Dieser Zwischenraum wird von einem angepaßten Formkörper 13 aus Aluminium ausgefüllt. Die an dem Formkörper 13 angrenzende Innenwand 12 dieser im wesentlicnen rohrförmigen Schwermetallauskleidung tangiert in Verlängerung sowohl den inneren Rand der maximal geöffneten Blendenplatten 4, 5 des Strahlerkopfes als auch den der Strahlenblende 6 abgewandten Rand des Radioisotops 10. Eine solche Tangente, die rugleich einen Randstrahl bei maximal geöffneter StrahlenHende darstellt, ist in der F i g. 1 mit 14 bezeichnet. Folglich hat im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die Innenwandung der Schwermetallauskleidung in einer Ebene senkrecht zur Symmetrieachse 8 des Quellengehäuses 7 wegen der rechteckigen Ausblendung ebenfalls einen rechteckigen Grundriß.

In der Betriebsstellung deckt sich die Symmetrieachse 8 des Quellengehäuses / mit dem in der Fig. 1 strichpunktiert eingezeichneten Zentralstrahl 15 des aus der maximal geöffneten Strahlenblende 6 austretenden Strahlenkegels 16. L»ie Fig. 1 läßt darüber hinaus deutlich erkennen, daß die Strahlungsquanten, die aus dem rückwärtigen, der Strahlenblende 6 abgewandten Bereich des Radioisotops 10 stammen und die zum Randbereich des eingeblendeten Bestrahlungsfeldes 17 gerichtet sind, infolge der kegel- bzw. pyi'ämidenstumpfförmigen Ausbildung der Innenwand 12 der Schwermetallauskleidung 11 nicht mehr durch diese Schwermetallauskleidung geschwächt werden. Dadurch wird die Dosisleistung in dieser» Randbereich des Bestrahlungsfeldes 17 gegenüber den Verhältnissen bei herkömmlichen, rein rohrförmigen Schwermetallauskleidungen der Strahlenquelle erhöht. In der Fig. I ist mit

gestrichelten Linien zusätzlich auch jener Halbschattenbereich 18 außerhalb des eingeblendeten Bestrahlungsfeldes 17 dargestellt, in dem infolge der endlichen Ausdehnung des Radioisotops 10 eine stark abfallende Strahlendosis applizierl wird.

Die Fig.2 zeigt in einem Diagramm den schematischen Verlauf der applizierten Dosisleistung 9 in Abhänggigkeit vom Abstand vom Zentralstrahl 15. Die ausgezogene Linie 19 zeigt den Verlauf der Dosisleistung bei der Verwendung einer erfindungsgemäßen Strahlenquelle 3. Die punktierte Linie 20 zeigt den Verlauf der Dosisleistung bei der Verwendung einer herkömmlichen Strahlenquelle mit einer das gekapselte Radioisotop rohrförmig umschließenden Schwernietallauskleidung. Der Vergleich der beiden Kurven 19 und 20 zeigt, daß sich die Dosisleistung im eingeblendeten Bestrahlungsfeld 17 infolge der besonderen Formgebung der Schwermetallauskleidung 11 stark dem Wert im Bereich des Zentralstrahls 15 angleichen iäöt. Dagegen läßt sich die Breite des sog. Halbschattenbereichs 18, die vom Durchmesser des Radioisotops 10 abhängt, dadurch nicht beeinflussen.

In der Fig.3 wird eine andere Strahlungsquelle 21 gezeigt, bei der das gekapselte zylindrische Radioisotop 22 an seiner der Strahlenbelnde abgewandten Seite von der Schwermetallauskleidung 23 und an seiner gegenüberliegenden Seite in einem zentralen Loch einer Leichtmetallscheibe 24 geführt wird Die gelochte Leichtmetallscheibe 24 ist ihrerseits mit ihrem äußeren Umfang an der Innenwandung des Quellengehäuses 25 geführt. Diese Bauweise hat den Vorteil, daß der im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwendete Formkörper 13 aus leicht durchstrahlbarem Material, der den Zwischenraum zwischen der Kapsel 9 des Radioisotops 10 und der Schwermetallauskleidung U ausfüllt, entfallen kann. Dadurch wird die Dosisleistung im Randbereich des Bestrahlungsfeldes 17 weiter derjenigen im Bereich des Zentralstrahls 15 angenähert.

Die F i g. 4 zeigt eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 leicht abgewandelte Strahlenquelle 26. Auch hier wird das gekapselte Radioisotop 27 an seiner der Strahlenblende 6 abgewandten Seite durch die Schwermclallauskleidung 28, die ihrerseits an der Äußenwandung des Gehäuses 29 der Strahlenquelle 26 anliegt, geführt. Auf ihrer der Strahlenblende zugewandten Seile ist das gekapselte Radioisotop 27 jedoch in einer zentrisch in den Boden des Gehäuses 29 der Strahlenquelle 26 eingeprägten, in seinen inneren

fo Abmessungen den äußeren Abmessungen der Kapsel 30 des Radioisotops 31 angepaßten Vertiefung 32 geführt. Diese Ausführungsform der Strahlenquelle 26 zeichnet sich gegenüber derjenigen der F i g. 3 durch einen noch günstigeren Verlauf der Dosisleistungskurve aus, weil

is die Absorption der gelochten Scheibe 24 wegfällt.

Die F i g. 5 zeigt schließlich eine Strahlenquelle 33, bei der sich das gekapselte Radioisotop 34 in Richtung auf die Strahlenblende 6 zu konisch verjüngt. Der Verjüngungswinkcl ß, d. h., der Winkel zwischen der Tangente an dem äußeren Umfang des gekapselten Radioisotops 34 und seiner Symmetrieachse 35 darf dabei nicht größer sein als der halbe Öffnungswinkel α (Fig. 1) des Strahlenkegels 16 bei maximal geöffneter Sirahlenblende 6. Auch hier ist das abgekapselte Radioisotop 34 auf seiner der Strahlenblende 6 abgewandten Seite von der Schwermetallauskleidung 36 und auf der gegenüberliegenden Seite von einer Lochscheibe 37 aus Aluminium geführt. Die hier dargestellte Lochscheibe 37 liegt ihrerseits wie beim Ausführungsbeispiel der Fig.3 an der Innenseite des Gehäuses 38 der Strahlenquelle 33 an. Das gekapselte Radioisotop 34 könnte abweichend auch so wie in der F i g. 4 dargestellt, d. h. ohne Lochscheibe, gehaltert sein. Durch die konische Form des gekapselten Radioisotops 34 kann die Breite des Halbschattenbereichs 18 (F i g. 1) verringert werden. Dies wird deutlich, wenn man sich die Strahlenquelle 3 (F i g. 1) durch die Strahlenquelle 33 ersetzt vorstellt und die gestrichelten Randstrahlen ' entsprechend anpaßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Strahlenquelle für ein vorzugsweise medizinisch genutztes Bestrahlungsgerät mit einem topfförmigen Quellengehäuse, einem in dem Quellengehäuse zentrisch angeordneten, zylindrischen gekapselten Radioisotop und einer zwischen dem topfförmigen Quellengehäuse und dem gekapselten Radioisotop angeordneten, rohrförmigen Schwermetallauskleidung, dadurch gekennzeichnet, daß die to innere Wandung der Schwermetallauskleidung (11, 23, 28, 36) kegel- oder pyramidenstumpfförmig ausgebildet ist, derart, daß sie einerseits in Verlängerung den inneren Rand der maximal geöffneten Blendenplatten (4,5) des Bestrahlungsge- is rätes und andererseits den Rand der den Blendenplatten abgewandten Seite der Kapsel (9) des Radioisotops (10,22,27,34) tangiert

2. Strahlenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem gekapsciten Radioisotop (9, 10) und der Schwermetallauskleidung (11) mit einem leicht durchstrahlbaren Material (13) ausgefüllt ist.

3. Strahlenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gekapselte Radioisotop (22) im Quellengehäuse (25) an seiner den Blendenplatten (4,5) zugewandten Seite durch eine Lochscheibe (24) aus leicht durchstrahlbarem Material und an seiner gegenüberliegenden Sehe unmittelbar durch die Schwermetallauskleidung (23) zentriert gehalten ist.

4. Strahlenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ^ekaps.<te Radioisotop (27) im Quellengehäiise (29) ai. seiner den Blendenplatten (4, 5) zugewandten Seite in e ier der Form des gekapselten Radioisotops angepaßten Einprägung (32) im Boden des topfförmigen Quellengehäuses und an seiner gegenüberliegenden Seite unmittelbar durch die Schwermetallauskleidung (28) zentriert gehalten ist.

5. Strahlenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gekapselte Radioisotop (34) nach Art eines Kegelstumpfes auf die Blendenplatten (4,5) zu leicht konisch verjüngt ist.

45