DE19606809C1

DE19606809C1 - Energy distribution measurement device for linear accelerator photon field

Info

Publication number: DE19606809C1
Application number: DE19606809A
Authority: DE
Inventors: Tilo Wiezorek; Robert Dr Guenther
Original assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Current assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 1997-03-27
Anticipated expiration: 2016-02-24

Abstract

The device is three-dimensional and uses a radiation source (6) and a radiation detector (7) e.g. a CCD camera, positioned in the radiation field, with a matrix block (4) positioned between the source and the detector for weakening the radiation. The matrix block is provided with a material block (2) of given thickness, provided with strips (3) of a material with a different radiation weakening coefficient incorporated in the surface of the material block, with a fluorescent layer (10) on the opposite side of the material block facing the detector.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der 3-dimensionalen mittleren Energieverteilung im Photonenfeld von Linearbeschleunigern, bestehend aus einer Strahlungsquelle, einer im Strahlungsfeld befindlichen Empfängermatrix und einem Rechner als Ausgabe- und Zuordnungseinheit.The invention relates to a device for determining the 3-dimensional mean energy distribution in the photon field of Linear accelerators, consisting of a radiation source, one in the Radiation field located receiver matrix and a computer as Output and allocation unit.

Die Erfindung findet in der physikalischen Meßtechnik, vorzugsweise in der Tumortherapie Anwendung. Sie ist bei der Verwendung ultraharter Strahlung in Therapiegeräten zur Konstanzprüfung der Qualität der ultraharten Bremsstrahlung vorgesehen.The invention takes place in physical measurement technology, preferably in the Tumor therapy application. It is ultra hard when used Radiation in therapy devices to check the quality of the constancy ultra-hard brake radiation provided.

Basierend auf der DIN 6847 Teil 5 erfolgt derzeitig die periodische Überprüfung der Qualität ultraharter Bremsstrahlung medizinischer Elektronenbeschleuniger auf der Basis verschiedener Qualitätsindizes, wie nominelles Beschleunigerpotential, Qualitätsindex D20/D10 oder Halbwertsschichtdicke (Kosunen A. et.al.). Die Ermittlung dieser Qualitäts indizes beruht in den meisten Fällen auf der Auswertung von Dosismessungen im Zentralstrahl. Aussagen über die Konstanz der Strahlenqualität außerhalb des Zentralstrahls können nicht getroffen werden.Based on DIN 6847 Part 5, the periodic is currently taking place Checking the quality of ultra-hard medical radiation Electron accelerators based on various quality indices, such as nominal accelerator potential, quality index D20 / D10 or Half-value layer thickness (Kosunen A. et.al.). The determination of this quality In most cases, indices is based on the evaluation of Dosage measurements in the central beam. Statements about the constancy of the Beam quality outside the central beam cannot be met.

Untersuchungen einer Reihe von Autoren weisen aus, daß es zu einer Veränderung der mittleren Energie bei einer seitlichen Abweichung vom Zentralstrahl kommt. Diese Ergebnisse ergaben sich aus analytischen Methoden (Desobry G.E. et.al.), der Kombination von indirekten Meß- und Rekonstruktionsverfahren (Huang P.H. et.al.) und der direkten Messung an einem speziell gefertigten Linearbeschleuniger mit wesentlich geringerer Intensität als an sonst in der Therapie üblichen Geräten (Faddegon B.A. et.al.). Es wurde nachgewiesen (Huang P.H. et.al.), daß auch Magnetronpower und Strahlenspektrum gekoppelt sind, und somit eine Übernahme der Ergebnisse für individuelle Fälle nicht ohne weiteres möglich ist.Studies by a number of authors show that it has become a Change in mean energy with a lateral deviation from Central beam is coming. These results came from analytical Methods (Desobry G.E. et.al.), the combination of indirect measurement and Reconstruction method (Huang P.H. et.al.) and direct measurement a specially manufactured linear accelerator with much less Intensity than on devices commonly used in therapy (Faddegon B.A. et.al.). It has been demonstrated (Huang P.H. et.al.) that also Magnetron power and radiation spectrum are coupled, and thus one Taking over the results for individual cases is not easy is possible.

Eine für die klinische Routine relevante Methode bzw. Vorrichtung zur Bestimmung und Überprüfung einer 3-D-abhängigen Veränderung der mittleren Energie hochenergetischer Bremsstrahlung erzeugt von medizinischen Linearbeschleunigern existiert nicht.A method or device relevant for clinical routine Determination and verification of a 3-D dependent change in the medium energy of high-energy brake radiation generated by medical linear accelerators do not exist.

Eine 3-D-Überprüfung der Konstanz bzw. des Verlaufs der o.g. mittleren Energie unter Nutzung eines effektiven Verfahrens unter den "vor Ort"-Be dingungen in der strahlentherapeutischen Routine ist angesichts der immer stärker in die ständige Nutzung einfließende 3-D-Bestrahlungs planung erforderlich. Neue Erkenntnisse über den Einfluß von strahlmodifizierenden Elementen wie Absorberblöcken oder Keilfiltern auf die Qualität der Strahlung in verschiedenen Gewebstiefen würden eine weitere Optimierung der Bestrahlungsplanung für die Tumortherapie ermöglichen.A 3- D check of the constancy or the course of the above average energy using an effective method under the "on-site" conditions in the radiation therapy routine is in view of the increasing use of 3-D radiation planning required. New knowledge about the influence of beam-modifying elements such as absorber blocks or wedge filters on the quality of the radiation in different tissue depths would enable a further optimization of the radiation planning for tumor therapy.

Die Vorrichtung soll die Bestimmung der mittleren Energieverteilung insbesondere in medizinisch relevanten Bremsstrahlenfeldern und Applikationstiefen ermöglichen. Der Einfluß von Absorbern im Strahlenfeld auf die Verteilung der mittleren Energie soll bestimmbar werden. The device is intended to determine the average energy distribution especially in medically relevant brake radiation fields and Enable application depths. The influence of absorbers in the radiation field on the distribution of the average energy should be determinable.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit Hilfe einer Vorrichtung mit dem Merkmalen des Oberbegriffs erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.The problem is solved with the help of a device with the Features of the preamble according to the invention by the characterizing Features of claim 1.

In der Erfindung werden die Beziehungen zwischen den Massen energieabsorptionskoeffizienten bekannter Materialien und der mittleren Energie der ultraharten Bremsstrahlung ausgenutzt. Desweiteren wird die Änderung dieser Massenenergieabsorptionskoeffizienten zur Erzeugung eines "Kontrast"-Ausgangssignals K, welche auf dem unterschiedlichen Schwächungsverhalten von Stoffen basiert, genutzt, wie im Folgenden prinzipiell erläutert:
Der Kontrast K definiert sich im Allgemeinen als Quotient aus Amplitude A und Mittelwert M.In the invention, the relationships between the masses of energy absorption coefficients of known materials and the mean energy of the ultra-hard bremsstrahlung are used. Furthermore, the change in these mass energy absorption coefficients is used to generate a “contrast” output signal K, which is based on the different attenuation behavior of substances, as explained in principle below:
Contrast K is generally defined as the quotient of amplitude A and mean M.

Die Schwächung der Strahlenintensität einer Strahlung mit eingestrahlter Intensität I₀ geschwächt durch einen Stoff mit einem Massenenergie absorptionskoeffizienten und einer bestimmten Dicke d₀ = d₁ + d₂ kann mittels einer Exponentialfunktion beschrieben werden, wobei die Intensität hinter dem Stoff mit I₁ bezeichnet werden soll.The weakening of the radiation intensity of a radiation with irradiated Intensity I₀ weakened by a substance with a mass energy absorption coefficient and a certain thickness d₀ = d₁ + d₂ can be described by means of an exponential function, the intensity behind the substance to be called I₁.

I₁ = I₀_*exp(-µ₁(d₁+d₂)) (2)I₁ = I₀ _* exp (-µ₁ (d₁ + d₂)) (2)

Die Schwächung der Strahlenintensität einer Strahlung mit eingestrahlter Intensität I₀ geschwächt durch zwei Stoffe mit den Massenenergie absorptionskoeffizienten µ₁ und µ₂ und einer bestimmten Dicke d₁ und d₂ kann mittels einer Exponentialfunktion beschrieben werden, wobei die Intensität hinter dem Stoff mit I₂ bezeichnet werden soll.The weakening of the radiation intensity of a radiation with irradiated Intensity I₀ weakened by two substances with the mass energy absorption coefficients µ₁ and µ₂ and a certain thickness d₁ and d₂ can be described by means of an exponential function, the Intensity behind the substance should be called I₂.

I₂ = I₀_*exp(-µ₁d₁-µ₂d₂) (3)I₂ = I₀ _* exp (-µ₁d₁-µ₂d₂) (3)

Setzt man die Amplitude zwischen beiden Intensitäten und den Mittelwert in eine Beziehung lt. (1) so erhält man den Kontrast:If you set the amplitude between the two intensities and the mean in A relationship according to (1) gives the contrast:

Aus Gleichung (4) ist zu erkennen, daß der Kontrast nur von den beiden Massenenergieabsorptionskoeffizienten und der Dicke d₂, für die sich das Absorptionsverhalten unterscheidet, abhängt und daß die Intensität der einfallenden Strahlung und die Dicke d₁ keinen Einfluß auf den Kontrast haben. Die Abhängigkeit beider Massenenergieabsorptionskoeffizienten ist wie folgt zu beschreiben:From equation (4) it can be seen that the contrast is only from the two Mass energy absorption coefficient and the thickness d₂, for which the Absorption behavior differs, depends and that the intensity of the incident radiation and the thickness d 1 do not affect the contrast to have. The dependence of both mass energy absorption coefficients is to be described as follows:

µ = f(Z, ρ, E) (5)µ = f (Z, ρ, E) (5)

Für ein konstantes d₂ ist der Kontrast also nur von der Dichte und Ordnungszahl der Materialien und gleichzeitig von der Energie der einfallenden Strahlung abhängig.For a constant d₂, the contrast is only from the density and Atomic number of materials and at the same time of the energy of incident radiation dependent.

Somit ist dieser Kontrast (Primärkontrast) bei der Verwendung von Materialien bekannter Dichte und Ordnungszahl nur noch von der Energie der zu untersuchenden Strahlung abhängig.So this contrast (primary contrast) when using Materials of known density and atomic number only from energy depending on the radiation to be examined.

K = g ( E) mit Z₁, Z₂, r₁, r₂ = konst. (6)K = g (E) with Z₁, Z₂, r₁, r₂ = const. (6)

µ₂-µ₁ = h(E) (6′)µ₂-µ₁ = h (E) (6 ′)

Diese Energieabhängigkeit ist bekannt und in früheren Arbeiten nachgewiesen, sowie in Standards tabelliert (Hubbell J.H.).This energy dependency is known and in previous work proven and tabulated in standards (Hubbell J.H.).

Der Primärkontrast wird "in-plane" und "cross-plane" sowie in verschiedenen indizierten Gewebsäquivalenttiefen gemessen. Im weiteren wird die Vorrichtung so gestaltet, daß eine Beeinflussung des Meßergebnisses durch Fremdgrößen verhindert wird und/oder eine gesonderte Erfassung derselben eine Fehlerkorrektur ermöglicht. Die Strahlungsdetektoren sollten einen möglichst linearen Zusammenhang zwischen Signalantwort (Detektorkontrast) und Dosisleistung bzw. Dosis bezogen auf die üblichen Intensitäten aufweisen. Das heißt, eine günstige Wahl des Arbeitspunktes ist sinnvoll und wirkt vereinfachend.The primary contrast is "in-plane" and "cross-plane" as well as in different indicated tissue equivalent depths. In the further the device is designed so that influencing the Measurement result is prevented by external variables and / or a separate detection of the same enables error correction. The Radiation detectors should have a linear relationship as possible between signal response (detector contrast) and dose rate or dose based on the usual intensities. That is, a cheap one Choice of the working point makes sense and has a simplifying effect.

Die Erstkalibrierung erfolgt mit Strahlern bekannter Energien bzw. Energiespektren.The initial calibration is carried out using radiators of known energies or Energy spectra.

Die vorteilhaften Eigenschaften der Anordnung ergeben sich wie folgtThe advantageous properties of the arrangement result as follows

- When using radiation detectors, the fluorescence effect use is a location detection using a CCD camera and the formation of a digital output signal possible.
- The use of further radiation detectors (e.g. ionization chambers, HL detectors) is possible.
- A periodic review of the radiation quality in ultra-hard fields Brake radiation and thus an indirect check of the radiation field size in the radiation field of medical linear accelerators (energy fluence) is possible.
- The review can be done with little effort and high efficiency be performed. This is an increase in the availability of the costly accelerator possible.
- Any necessary intermediate calibrations can be done in the clinic with radiators of known energy or in standard laboratories.
- The periodic use of such a device has an increase patient safety based on the relationship between physical result of the irradiation and the radiation biological Effect.
- New knowledge about the influence of medically relevant Absorbers on the change in mean energy contribute to Optimization of radiation planning with.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Figuren beschrieben werden. Es zeigen:The invention will be described below with reference to figures. Show it:

Fig. 1 Feldsegment des Schwächungsmatrixkörpers und Verlauf zweier Kontrastparameter verschiedener Materialien in Abhängigkeit von der mittleren Energie der einfallenden Strahlung, Fig. 1 field segment of the attenuation matrix body and the course of two contrast parameters of various materials depending on the mean energy of the incident radiation,

Fig. 2 Schwächungsmatrix, bestehend aus 49 Feldsegmenten, Fig. 2 weakening matrix consisting of 49 field segments,

Fig. 3 Schwächungsmatrix, bestehend aus einem Aluminium-Körper mit ausgefrästen Bahnen, die mit Blei ausgegossen wurden, Fig. 3 weakening matrix consisting of an aluminum body with milled webs which have been filled with lead,

Fig. 4 Schwächungsmatrix, bestehend aus einem Aluminium-Guß körper mit Hohlräumen, die mit Blei ausgegossen wurden, Fig. 4 weakening matrix, consisting of a cast aluminum body having cavities that have been filled with lead,

Fig. 5a Querschnittsdarstellung der Vorrichtung mit Spiegel und Linse zum Messen einer "in-plane und cross-plane"-Verteilung der mittleren Energie ohne Auswerteeinheit (PC),"Plane and in cross-plane" Fig. 5a cross-sectional view of the device with a mirror and lens for measuring a distribution of the average energy without evaluation unit (PC),

Fig. 5b Querschnittdarstellung der Vorrichtung mit Glasfaseroptik zum Messen einer "in-plane und cross-plane"-Verteilung der mittleren Energie ohne Auswerteeinheit (PC),"Plane and in cross-plane" Fig. 5b cross-sectional view of the device with fiber optics for measuring a distribution of the average energy without evaluation unit (PC),

Fig. 6: Signalplan mit Fluoreszenzfilter als Wandler, Fig. 6: Signal plan with fluorescence filter as a transducer,

Fig. 7 Querschnittsdarstellung der Vorrichtung zum Messen der mittleren Energie in verschiedenen Tiefen bzw. hinter verschiedenen Wasserschichten, Fig. 7 cross-sectional view of the apparatus for measuring the average energy at different depths or behind different water layers,

Fig. 8 Schwächungsmatrix mit Streustrahlungsraster zur Verminderung des Streustrahlungsanteils, Fig. 8 weakening matrix with scattered radiation grid to reduce the scatter radiation component,

Fig. 9 Signalplan mit Halbleiterdetektoren als direkte Wandler. Fig. 9 signal plan with semiconductor detectors as direct converters.

Die Erfindung basiert auf der im vorangegangenen Abschnitt dargestellten Grundidee einschließlich der folgenden Ausführungen zur Umsetzung.The invention is based on that presented in the previous section Basic idea including the following explanations for implementation.

Zur besseren Veranschaulichung der Grundidee sind in Fig. 1 eine Prinzipskizze a) eines Feldsegmentes 1 des Schwächungsmatrixkörpers und ein Diagramm b), das den Verlauf zweier Kontrastparameter der Materialien Blei (Pb) und Aluminium (Al) in Abhängigkeit von der Energie der einfallenden Strahlung zeigt, dargestellt.To better illustrate the basic idea, FIG. 1 shows a basic sketch a) of a field segment 1 of the attenuation matrix body and a diagram b) which shows the course of two contrast parameters of the materials lead (Pb) and aluminum (Al) as a function of the energy of the incident radiation , shown.

In einen Materialblock 2 mit der Dicke d₀ aus dem Material Aluminium mit dem Schwächungskoeffizienten µ₁ ist ein Materialstreifen 3 aus Blei mit der Dicke d₂ aus einem Material mit dem Schwächungskoeffizienten µ₂ von einer Oberfläche her eingebracht, so daß der Materialblock 3 an dieser Stelle nur noch eine gleichmäßige Dicke von d₁ hat.In a block of material 2 with the thickness d₀ made of aluminum with the attenuation coefficient µ₁ is a strip of material 3 made of lead with the thickness d₂ made of a material with the attenuation coefficient µ₂ from a surface, so that the material block 3 at this point only one has a uniform thickness of d 1.

Mit dieser Anordnung wird aus der Intensität I₀ ein Kontrast aus den zwei verschieden geschwächten Intensitäten I₁ und I₂ erzeugt. Zur Berechnung des Kontrastes für eine bestimmte Energie, die für das Schwächungs verhalten bestimmend ist, können bekannte, tabellierte Werte genutzt werden.With this arrangement, the intensity I₀ becomes a contrast between the two different weakened intensities I₁ and I₂ generated. For calculating of contrast for a certain energy, that for the weakening behavior-determining, known, tabulated values can be used will.

Der Zusammenhang zwischen den Massenenergieabsorptionskoeffizienten ist zum besseren Verständnis als Kurve dargestellt, so daß die starke Abhängigkeit der Schwächungskoeffizienten von der Energie augenfällig wird.The relationship between the mass energy absorption coefficients is shown as a curve for better understanding, so that the strong The dependence of the attenuation coefficients on the energy is obvious becomes.

Da diese tabellierten Angaben für monoenergetische Photonen gelten, kann in Abhängigkeit von der jeweils erforderlichen Genauigkeit eine zusätzliche Kalibrierung des Gesamtsystems mit Photonenstrahlern mit bekannten Spektren erfolgen.Since this tabulated information applies to monoenergetic photons, an additional one depending on the required accuracy Calibration of the entire system with photon emitters using known ones Spectra are done.

Da der gezeigte Kontrast für das menschliche Auge nicht sichtbar und als Meßgröße nicht direkt verwertbar ist, muß der Strahlendetektor gleichzeitig die Funktion eines Übertragungsgliedes mit Wandlereigenschaften einnehmen.Since the contrast shown is not visible to the human eye and as Measured variable is not directly usable, the radiation detector must simultaneously the function of a transmission element with converter properties take in.

Dies soll über die Erläuterung des Verfahrens anhand eines Ausführungsbeispiels (Fluoreszenzfolie als Wandler) geschehen.This is said to be based on the explanation of the method using a Embodiment (fluorescent film as a converter) happen.

Fig. 2 zeigt einen Schwächungsmatrixkörper 4, der aus einzelnen Feldsegmenten 1 zusammengesetzt ist. Im Beispiel hat die Matrix k Zeilen und 1 Spalten, wobei jede Zeile zur Hälfte mit den Materialstreifen 3 aus Blei versehen ist. Fig. 2 shows an attenuation matrix body 4 which is composed of individual segments, 1 field. In the example, the matrix has k rows and 1 columns, half of each row being provided with the strips of material 3 made of lead.

Die Fig. 3 zeigt einen Schwächungsmatrixkörper 4, der aus einem Aluminium-Körper mit ausgefrästen Bahnen besteht, die anschließend mit Blei ausgegossen wurden und den Materialstreifen 3 bilden. FIG. 3 shows a weakening matrix body 4 , which consists of an aluminum body with milled sheets, which were then cast with lead and form the material strip 3 .

Nachfolgend erfolgt eine Bearbeitung der Oberfläche, so daß gleichmäßige Dicken der Materialien erzielt werden.The surface is subsequently machined so that it is uniform Thickness of materials can be achieved.

Fig. 4 zeigt einen Schwächungsmatrixkörper 4, der aus einem Aluminium-Guß körper besteht, welcher mit längslaufenden Kammern ausgestattet ist, deren Querschnitt rechteckförmig ist. Die Hohlräume sind mit Blei ausgegossen und bilden den Materialstreifen 3. Fig. 4 shows a weakening matrix body 4 , which consists of an aluminum casting body, which is equipped with longitudinal chambers, the cross section of which is rectangular. The cavities are filled with lead and form the material strip 3 .

Fig. 5a zeigt die Anordnung im Querschnitt. Die Schwächungskörper matrix 4 ist an ihrer der Strahlungsquelle 6 abgewandten Seite ganzflächig mit einer Fluoreszenzschicht 10 bedeckt. Im Winkel von 45° zur Fluoreszenzschicht 10 ist ein Spiegel 8 angeordnet, der das fluoreszierende Licht über eine Linse 5 auf die Empfängermatrix einer CCD-Kamera 7 abbildet. Die Fluoreszenzschicht 10, der Spiegel 8, die Linse 5 und die CCD-Kamera 7 sind von einem lichtdichten Gehäuse 9 umgeben. Wird diese Anordnung mit ultraharter Bremsstrahlung I₀ bestrahlt, so kommt es unter der Schwächungskörpermatrix zu einem Kontrast von Leuchtereignissen, die ein Maß für die Energie der einfallenden Strahlung sind, so lange sich der Arbeitspunkt auf dem linearen Teil der Kennlinie Leuchtdichte-Dosisleistung befindet. Fig. 5a shows the arrangement in cross section. The attenuation body matrix 4 is covered over its entire area with a fluorescence layer 10 on its side facing away from the radiation source 6 . A mirror 8 is arranged at an angle of 45 ° to the fluorescent layer 10 and images the fluorescent light via a lens 5 onto the receiver matrix of a CCD camera 7 . The fluorescent layer 10 , the mirror 8 , the lens 5 and the CCD camera 7 are surrounded by a light-tight housing 9 . If this arrangement is irradiated with ultra-hard brake radiation I₀, there is a contrast of light events under the attenuator matrix, which are a measure of the energy of the incident radiation, as long as the working point is on the linear part of the luminance-dose rate characteristic.

Ist das nicht der Fall, so ist die Kenntnis der Abhängigkeit zwischen Leuchtdichte und Dosisleistung für eine Korrektur nötig. Durch die Anordnung der Schwächungskörper auf einer Matrix ist eine räumliche Zuordnung möglich. Über den Spiegel 8 werden die Leuchtereignisse on-line mit einer CCD-Kamera beobachtet und als digitales Signal zur Verarbeitung zur Verfügung gestellt.If this is not the case, then knowledge of the relationship between luminance and dose rate is necessary for a correction. A spatial assignment is possible by arranging the weakening bodies on a matrix. Via the mirror 8 , the lighting events are observed online with a CCD camera and made available for processing as a digital signal.

Es ist auch möglich, eine integrierende Verarbeitung mit Verzicht auf die Information über die Änderung nach der Zeit durchzuführen.It is also possible to do an integrating processing without the To make information about the change after the time.

Da die CCD-Kamera 7 ein weiteres Übertragungsglied darstellt, muß hierfür ebenfalls die Übertragungsfunktion bekannt sein, um eine sinnvolle Zuordnung des erhaltenen Ausgangssignals zum Primärkontrast zu ermöglichen.Since the CCD camera 7 represents a further transmission element, the transmission function must also be known for this in order to enable a meaningful assignment of the output signal obtained to the primary contrast.

Über ein entsprechendes Rechnerprogramm werden die digitalen Signale zu Ausgangswerten mittlere Energie der Bremsstrahlung als Funktion zweier Ortskoordinaten, die damit die Position des Meßfeldes auf der Matrix beschreiben, verarbeitet (siehe dazu die Beschreibung zum Signalplan nach Fig. 6). An appropriate computer program processes the digital signals to output mean energy of the brake radiation as a function of two position coordinates, which thus describe the position of the measuring field on the matrix (see also the description of the signal plan according to FIG. 6).

Gemäß Fig. 5b ist die Kombination Spiegel/Linse durch eine Glasfaseroptik ersetzt. Zum Beispiel werden 30×30 Fasern pro Segment eingesetzt. Das entspricht 210×210 Fasern bezüglich des Schwächungs matrixkörpers.According to FIG. 5b, the combination mirror / lens is replaced by a glass fiber optic. For example, 30 × 30 fibers are used per segment. This corresponds to 210 × 210 fibers with respect to the weakening matrix body.

Im Übrigen ist der Aufbau so wie in Fig. 5a beschrieben.The structure is otherwise as described in FIG. 5a.

Fig. 6 zeigt einen Signalflußplan, der die Gewinnung der Meßdaten, die Verarbeitung der anfallenden Daten und ihre Auswertung verdeutlicht. Eine Strahlung mit der Eingangsintensität I₀, die von einer Strahlungsquelle 6 ausgeht, gelangt auf den Schwächungsmatrixkörper 4, durchdringt diesen in Abhängigkeit von der Verteilung der Materialien 2 und 3 und regt die Fluoreszenzschicht zur Strahlung an. FIG. 6 shows a signal flow diagram which clarifies the acquisition of the measurement data, the processing of the data obtained and their evaluation. Radiation with the input intensity I₀, which emanates from a radiation source 6 , reaches the attenuation matrix body 4 , penetrates it as a function of the distribution of materials 2 and 3 and excites the fluorescent layer to emit radiation.

Die Strahlung wird auf die Empfängermatrix einer CCD-Kamera 7 abgebildet und die gewonnenen Meßwerte der Pixel einem Rechner Auswerte- und Zuordnungseinheft 12 zugeführt. Die Ausgabe des Rechners liefert als Ausgangssignal die flächenhafte Verteilung der Energie (x, y).The radiation is imaged on the receiver matrix of a CCD camera 7 and the measurement values of the pixels obtained are fed to a computer evaluation and assignment booklet 12 . The output of the computer provides the areal distribution of the energy (x, y) as the output signal.

Das für die Ausgabe im PC erstellte on-line-Signal, das in Abhängigkeit von der mittleren Energie als ortsabhängiger Wert entsteht, muß durch Verarbeitung aller Intensitäten I(x, y, t) in mehreren Verarbeitungsstufen über die Leuchtdichtewerte L(x, y, t) durch den Wandler 1 und über Digitalwerte D(x, y, t) durch den Wandler 2 erst zur Verarbeitung vorbereitet werden. Der Wert, welcher das Maß für die mittlere Energie unter einem Segment darstellt, ergibt sich aus der Verarbeitung der zwei Intensitäten unter den zwei verschiedenen Schwächungsschichten. Diese Intensitäten werden durch Integration aller Digitalwerte unter der jeweiligen Schwächungsschicht generiert:The on-line signal created for the output in the PC, which arises as a location-dependent value depending on the mean energy, must be processed in several processing stages via the luminance values L (x, y,) by processing all intensities I (x, y, t). t) are first prepared for processing by converter 1 and via digital values D (x, y, t) by converter 2 . The value, which represents the measure of the average energy under a segment, results from the processing of the two intensities under the two different attenuation layers. These intensities are generated by integrating all digital values under the respective weakening layer:

Zur Ermittlung der Energieverteilung im Volumen (x, y, z) werden nacheinander mehrere Messungen mit verschieden starken Wasserschichten durchgeführt und ausgewertet.To determine the energy distribution in the volume (x, y, z) several measurements in succession with different layers of water carried out and evaluated.

Fig. 7 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung, die um einen Behälter 11 zur Simulation der Gewebetiefe ergänzt ist. Mittels unterschiedlich hoher Wasserstände werden Gewebsäquivalentschichten simuliert. Damit wird eine Aussage über den Verlauf der mittleren Energie auch in der dritten Dimension in medizinisch relevanten Gewebstiefen erhalten. Die beschriebene Messung ist dementsprechend für jede Gewebsäquivalent schicht durchzuführen. Fig. 7 shows the arrangement according to the invention, which is supplemented by a container 11 for simulating the tissue depth. Tissue equivalent layers are simulated using water levels of different heights. This gives a statement about the course of the mean energy in the third dimension in medically relevant tissue depths. The measurement described is accordingly to be carried out for each tissue equivalent layer.

Zusätzlich können Untersuchungen zum Einfluß von strahlbeeinflussenden Elementen, wie Absorberblöcken oder Keilfiltern, angestellt werden, indem diese oberhalb der Gewebsäquivalentschichten plaziert werden.In addition, studies on the influence of radiation influencing can Elements such as absorber blocks or wedge filters can be switched on by these are placed above the tissue equivalent layers.

Fig. 8 zeigt einen Schwächungsmatrixkörper 4 mit einem Streustrahlungsraster 14 zur Verringerung des Strahlungsanteils, der auf die Schwächungsmatrix fallenden Strahlung, der oberhalb des Schwächungsmatrixkörpers 4 angeordnet ist. Die wabenförmig angeordneten Lamellen des Streustrahlungsrasters 14 sind nach den Divergenzstrahlen der Strahlungsquelle ausgerichtet und sind auf einen Abstand zwischen Quelle und Oberfläche SSD = 100 cm normiert. FIG. 8 shows an attenuation matrix body 4 with a scattered radiation grid 14 for reducing the radiation component of the radiation falling on the attenuation matrix, which is arranged above the attenuation matrix body 4 . The honeycomb-shaped lamellae of the scattered radiation grid 14 are aligned with the divergence rays of the radiation source and are standardized to a distance between the source and the surface SSD = 100 cm.

Mit Hilfe des Streustrahlungsrasters 14 kann der Meßfehler, der durch Streustrahlung bedingt ist, reduziert werden.With the help of the scattered radiation grid 14 , the measurement error caused by scattered radiation can be reduced.

BezugszeichenlisteReference list

1 Feldsegment
2 Materialblock
3 Materialstreifen
4 Schwächungsmatrixkörper
5 Linse
6 Strahlungsquelle
7 CCD-Kamera
8 Spiegel
9 lichtdichtes Gehäuse
10 Fluoreszenzschicht
11 Behälter
12 Ausgabe- und Zuordnungseinheit
13 Glasfaseroptik
14 Streustrahlungsraster
SSD Abstand Quelle-Haut 1 field segment
2 material block
3 strips of material
4 attenuation matrix bodies
5 lens
6 radiation source
7 CCD camera
8 mirrors
9 light-tight housing
10 fluorescent layer
11 containers
12 output and allocation unit
13 fiber optics
14 scattered radiation grid
SSD distance source-skin

Claims

1. Device for determining the 3-dimensional mean energy distribution in the photon field of linear accelerators, consisting of a radiation source, a receiver matrix located in the radiation field and a computer as an output and assignment unit, characterized in that between the radiation source ( 6 ) and the receiver matrix ( 7 ) a weakening matrix body ( 4 ) is arranged, the weakening matrix body ( 4 ) made of a material block ( 2 ) with the thickness d₀ made of a first material with the attenuation coefficient µ₁, in which a material strip ( 3 ) with the thickness d₂ made of a second Material with the attenuation coefficient µ₂ is introduced, so that the material block ( 2 ) at this point only has a uniform thickness of d₁ that a detector is arranged in the radiation field after the attenuation matrix body ( 4 ), which detects the radiation, and that the areal Distribution of energy according to fo algorithm based on a matrix element x, y: is calculated and accordingly applies to the entire matrix: K _{D, x, y} = f ( _{x, y} ), with
I₀ intensity of the incident radiation
I₁ intensities of the radiation weakened by the first material
I₂ intensities of the radiation weakened by the second material
µ₁ attenuation coefficient for the first material
µ₂ attenuation coefficient for the second material
d₁ material thickness of the first material
d₂ material thickness of the second material
d₀ total thickness
average energy of the incident radiation
y _E fluence of energy
j _E particle fluence
E energy of the particle under consideration
I (x, y, t) intensity distribution
L (x, y, t) luminance distribution
D (x, y, t) digital value distribution
I _1ÿ area integral measured over n _i , m _j in the first material
I _2ÿ area integral measured over n _i , m _j in the second material
(x, y) 2D distribution of the mean energy
(X, y, z) 3D distribution of the mean energy
Dose rate
K _D digital contrast
h₁ function to describe the transmission behavior of the optical-digital converter
g₁ function to describe the transmission behavior of the transducer radiation to light

2. Device according to claim 1, characterized in that either a fluorescence layer ( 10 ) is arranged as a radiation converter between the radiation source ( 6 ) and the detector and the detector is a CCD camera ( 7 ) or the detector is a directly measuring the radiation Is semiconductor detector.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the attenuation matrix body ( 4 ) in the direction of the radiation source ( 6 ) is surrounded by a container in which different water levels can be filled for tissue simulation.

4. The device according to claim 1, characterized in that the weakening matrix body ( 4 ) consists of a block of material ( 2 ) made of aluminum, in which either half of a row of line millings or cavities are introduced, which are filled with lead.

5. The device according to claim 1, characterized in that the Image is made using a mirror and lens system.

6. The device according to claim 1, characterized in that the Image is made via a fiber optic.

7. The device according to claim 1, characterized in that on the attenuation matrix body ( 4 ) on the side facing the radiation source, a scattered radiation grid ( 14 ) is arranged, which represents a honeycomb arrangement of lead sheets, the side walls of which are aligned with the direction of the diverging rays of the radiation source .