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Radiologisches Bestrahlungsgerät
Die bestrahlungstherapeutische Behandlung zielt darauf ab, an der gewünschten Stelle zwecks mög- lichst grosser biologischer Einwirkung eine möglichst grosse Energie absorbieren zu lassen, wogegen die Umgebung der behandelten Stelle am besten nicht beeinträchtigt werden soll. Zur Verwirklichung dieses Zieles benützte man bisher am häufigsten eine Bestrahlung mit feststehendem Feld, die die in der Richtung der Strahlung liegenden Gewebe belastet ; dabei werden aber Gewebe, die vor und hinter der zu behandelnden Stelle liegen, unnötig beeinträchtigt.
Bei Gitterbestrahlung kann durch das Zerstückeln des Strahlenbündels des feststehenden Feldes erreicht werden, dass die Gewebeschichten, deren Belastung nicht erwünscht ist, ohne Beschädigung verhältnismässig viel Energie ertragen ; auf diese Weise kann die in die Tiefe gelangende Energie grösser sein. Es ist jedoch zweifelhaft, ob die biologische Zerstörung der zu behandelnden Gewebe infolge der absorbierten grösseren Energie in entsprechendem Masse erhöht wird, eben wegen des inhomogenen Strahlenbündels. Man erhält nun eine bessere Dosisverteilung, wenn die Strahlenquelle während der Behandlung um eine Achse oder um einen Punkt gedreht wird.
In diesem Falle werden nämlich die bei der feststehenden Bestrahlung auftretenden grossen Oberflächenbelastungen bei Erreichen der gewünschten Tiefendosis auf der Oberfläche verteilt, und so kann die Belastung der Gewebe, die geschont werden sollen-besonders die Belastung der Haut - unter einem gegebenen Niveau gehalten werden, während sich die Energie in der Tiefe konzentriert. Bei einer bewegten Bestrahlung wird jedoch-obzwar in geringerem Masse - eine grössere Menge von Geweben belastet, und diese Belastung ist ungefähr homogen. Die Einstellung muss selbstverständlich derart erfolgen, dass das Maximum der absorbierten Energie an der gewünschten Stelle auftritt.
Die Grösse der absorbierten Energie wird in der Regel durch die maximale Belastbarkeit der zu schonenden Gewebe bestimmt.
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den bisher bekannten Vorrichtungen wurde jene Möglichkeit nicht benutzt, dass die einzelnen Strah-aufteilbar sind. Trotzdem fanden die Bestrahlungsapparate mit feststehendem Feld infolge ihrer Einfachheit, die Bestrahlungsapparate mit bewegtem Feld infolge ihrer besseren Tiefendosisverteilung grosse Verbreitung.
Bei den Herstellern von Bestrahlungsvorrichtungen können zwecks Verbesserung der Wirkung der Bestrahlung folgende Tendenzen beobachtet werden :
1. Verbesserung der Halbschatteneigenschaften durch Verminderung der Oberfläche des Fokus. Die Verbesserung der Halbschatteneigenschaften ist im Falle der bewegten Bestrahlung von grösserer Bedeutung, weil der Halbschatten mit dem vollständigen Strahlenbündel in Schnitt gelangt.
2. Erhöhung der Aktivität, welche wegen der Verkürzung der Bestrahlungszeit und der Vergrösserung des Fokus-Objekt-Abstandes notwendig ist. Die Vergrösserung des Fokus-Objekt-Abstandes verbessert bekanntlich die Tiefdosisverteilung.
Die Erhöhung der Aktivität hat jedoch gewisse Grenzen weil a) mit der Erhöhung der Aktivität-da das Optimum der spezifischen Aktivität gegeben ist-sich auch der Brennfleck vergrössert, b) die Selbstfilterung und die schwerere Herstellung der tiefer versetzten strahlenden Teile verursacht, dass der strahlende Stoff umso weniger Energie ausstrahlt, je tiefer er von seiner Oberfläche entfernt liegt, c) die in einem einzigen Teil angebrachte grössere Aktivität die Behandlung der Strahlenquelle um-
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ständlicher macht.
Es wurde deshalb vorgeschlagen, mehrere radioaktive Isotope an derselben Stelle anzuordnen, welche
Massnahme jedoch hinsichtlich der unter a) und b) erwähnten Nachteile keine Verbesserung bringt. Diese
Nachteile wurden mit Hilfe der Erfindung behoben.
Ausgehend von einem radiologischen Bestrahlungsgerät mit mehreren örtlich getrennt angeordneten radioaktiven Isotopen als Gamma-Strahlenquellen, welche mit ihrer Halterung aus der Ruhestellung in die
Arbeitsstellung und umgekehrt bewegbar sind, in welch letzterer sie vor der Mündung von Strahlenaus- trittskanälen liegen, die in einem strahlenabsorbierenden Material angeordnet sind, besteht das Wesen des erfindungsgemässen Gerätes darin, dass als Halterung für die Strahlenquellen Torpedos vorgesehen sind, die in auf z. B. einer Kugel- oder Zylinderfläche angeordneten Bohrungen. verschiebbar sind. Zentral zu den
Bohrungen ist dabei ein tunnelartiger Raum zur Aufnahme des zu bestrahlenden Körpers vorgesehen, wobei die Strahlenaustrittskanäle diesen Raum mit den Bohrungen verbinden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert, die zwei Geräte als Bei- spiele veranschaulichen. Hiebei zeigt Fig. 1 ein Gerät mit 36 Strahlenquellen. Die linke Seite der Figur ist ein durch den Mittelpunkt gelegter Vertikalschnitt, die Schnittebene erstreckt sich rechtwinkelig zu der Wand, in welche das Gerät eingebaut ist. Die rechte Seite der Figur wird erhalten, wenn das Gerät mit einer durch den Mittelpunkt gehenden, ebenfalls vertikalen, und zu der Schnittebene gemäss der lin- ken Seite rechtwinkelig stehenden Schnittebene geteilt wird. Die Schnittebene liegt also hier parallel zur
Wand.
Fig. 2 zeigt eine mit dreizehn Strahlenquellen ausgerüstete Anordnung, entsprechend dem im allge- meinen üblichen Pendelbestrahler. Diese Anordnung ist hinsichtlich der Herstellung am wirtschaftlich- sten.
Das erfindungsgemässe Gerät vereinigt die Vorteile der Gitter- und der Pendelbestrahiung und ermög- licht im Vergleich mit dem bisher verwendeten einen kleineren Brennfleck und eine grössere einbaufähige
Aktivität mit einem zuverlässigen Verschluss für die Strahlung, der dem Bedienungspersonal den grösst- möglichen Strahlenschutz bietet. Das Gerät hat einen grossen Fokus-Haut-Abstand.
Zur Verwirklichung der gestellten Aufgabe sind gemäss Fig. 1 Strahlenquellen 4 (z. B. radioaktive Iso- tope) derart angebracht, dass sie die Strahlung nur in einem zentralen Raum, am häufigsten zu dem Mit- telpunkt 1 dieses Raumes ermöglichen. Es ist zweckmässig, die Strahlenquellen in einzelnen Punkten be- stimmter geometrischer Flächen oder Raumlinien (z. B. auf einer Zylinderfläche oder ebenen Fläche), entlang einer sphärischen Spirale od. dgl. anzubringen. Bei einer dem Zentrum näheren Anordnung der beliebigwählbaren Strahlenquellen entsteht eine asymmetrische Dosisverteilung, die gegebenenfalls vor- teilhaft ist.
Das Gerät weist eine Strahlenabsperrvorrichtung auf, die zweckmässig durch die relative Verstellung der Strahlenquellen 4 und der Strahlenaustrittskanäle 2 - d. h. durch die Verstellung entweder der Strah- lenquellen oder der die Strahlenkanäle enthaltenden Einrichtung oder durch die Verstellung von beiden- verwirklicht werden kann.
Die Bewegung der Strahlenquellen in jene Position, in der sie eine Nutzstrahlung abgeben, erfolgt mit Hilfe einer Vorrichtung, die die Speicherung potentieller Energie ermöglicht, so dass die Nutzstrah- lung im Falle des Schadhaftwerdens eines automatischen Aus-Schalters oder eines absichtlichenAusschal- tens des Gerätes unterbunden wird. Diese Antriebsvorrichtung ermöglicht auch, dass einige im voraus be- stimmte Strahlenquellen in Ruheposition bleiben.
Die Strahlenkanäle 2 ermöglichen ein maximales Strahlenbündel durchtreten zu lassen, deshalb muss das Gerät auch mit einer Strahlenbündelreduziervorrichtung, z. B. mit einer Blende 3 oder mit üblichen Tubussen, versehen sein.
Zum Gerät gehört ferner ein Tisch, der für die Einstellung und Befestigung des zu bestrahlenden Körpers dient. Die Einstellung erfolgt mit Hilfe eines Sichtgerätes, das mit den bei den bewegten Bestrahlern benutzten übereinstimmt und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Wegen der wirtschaftlicheren Ausführung des Strahlungsschutzes ist es zweckmässig, das Gerät in einer Wand anzubringen. In der Umgebung der Strahlenquellen ist ein Strahlungsschutzmaterial besonderer Qualität 7 zu verwenden.
Gemäss Fig. 1 befinden sich die Mittelpunkte der Strahlenquellen 4 auf einer Kugelfläche. Diese Strahlenquellen sind in den Strahlenschutzstoff 7 eingebettet. Die Wand 8 dient als Halterung und weiterer Strahlungsschutz. Die Strahlung tritt bei diesem Ausführungsbeispiel durch die Strahlenkanäle 2 zum Mittelpunkt 1. Die Strahlenquellen 4 sind in Torpedos 9 untergebracht, die eine nur nach vorne und hinten strahlengeschützte, in einem Rohr gleitende Kapsel darstellen. Die Torpedos 9 sind in der Zeichnung
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in Arbeitsposition gezeigt. Die jeweils ausgewählten Torpedos werden durch Antriebe 5 in Arbeitsstellung gebracht, die beim Einschalten gleichzeitig mit dem Beginn der Drehbewegung einer Antriebswelle mit den Torpedos durch Reibung in Verbindung gelangen und jeden Torpedo entgegen einer Federkraft in sei- ne Arbeitsstellung bewegen.
Beim Ausschalten des Apparates wird die Reibungsverbindung zwischen den
Torpedos und dem Antrieb 5 aufgehoben, und die in den Torpedos angebrachten Strahlenquellen 4 wer- den durch Federn von den Strahlenaustrittskanälen 2 weggezogen, d. h. die Strahlenquellen werden in ih- re Ruhestellung gebracht. In der Richtung der Strahlung vor den Strahlenkanälen befindet sich eine Strah- lenblende 3, deren konische Bohrungen das bestrahlte Feld verengen. Die Drehung der Strahlenblende in die entsprechende Stellung wird durch ein Nebengetriebe 6 durchgeführt.
Die Vorteile des erfindungsgemässen Gerätes sind ausser den bereits erwähnten die folgenden :
Das Gerät besitzt keine während der Bestrahlung sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten bewegen- de Teile mit grossen Trägheitsmomenten, im Gegensatz zu den heute gebräuchlichen bewegten Bestrah- lern. Die Verteilung der Tiefendosis ist übersehbarer als im Falle einer bewegten Bestrahlung, sie kann sogar vorausbestimmt werden. Je grösser die Entfernung von dem bestrahlten Raum ist, um so mehr tritt die Gitterwirkung ein. Die Halbschatteneigenschaften des Gerätes sind besser als die der heute gebräuch- lichen Apparate, da einerseits die Brennfläche kleiner ist, anderseits die Blende sich fern von den Strah- lenquellen befindet.
Die Summe der Aktivität der in das Gerät eingebauten Strahlenquellen kann grösser sein, als die heute gebräuchlichen Aktivitäten. So können die verwendete Brennweite von 60 cm und die empfohlene Brennweite von 70 cm infolge der grossen Aktivität wesentlich vergrössert werden, ohne irgendwelche Ver- längerung der Bestrahlungsdauer, die sogar verkürzt werden kann. Ein billiges Strahlungsschutzmaterial, z. B. Beton, bildet einen Teil des Strahlungsschutzes. Die Strahlenabsperrvorrichtung ist zuverlässig, da zu jeder Strahlenquelle eine Absperrvorrichtung gehört.
Der Apparat erzeugt die Tiefendosisverteilung der bewegten Einrichtungen, falls der bestrahlte Körper um eine durch den Mittelpunkt 1 gehende waagrechte Achse um einen in den Fig. l und 2 mit cx bezeichneten kleinen Winkel verschwenkt wird. Die während der Bestrahlungsdauer vollendete Schwingungszahl ist eine ganze Zahl.
Das Gerät gemäss Fig. 1 kann auch so ausgeführt werden, dass zwecks Ausbildung der Strahlenaustrittskanäle 2 oder der Strahlenblende 3 die Mittellinien der vom Apparat austretenden nützlichen Strahlenbündel sich nicht in einem einzigen Punkt schneiden. So kann das Maximum der Dosisverteilung infolge der zweckmässig gerichteten Strahlenbündel einem beliebigen zu bestrahlenden Raum angepasst werden. In einem andern Fall bildet sich da ein Minimalniveau bei dem zu schützenden Raumteil aus. Für die Bestrahlung verschiedener Organe können Zieleinrichtungen verwendet werden, die gewährleisten, dass das zwischenliegende, strahlungsempfindliche Organ mit einer möglichst kleinen Dosis belastet wird.
Fig. 2 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel in zwei verschiedenen Schnitten, ähnlich Fig. 1. Auf der linken Seite der Figur ist ein Vertikalschnitt gezeigt (rechtwinkelig zu der Wand), der durch den Mittelpunkt 1 geht. Die Schnittebene der rechten Figur verläuft parallel zu der Wandebene und enthält die Mittellinie der Strahlenaustrittskanäle 2. Die Strahlenquellen 4 befinden sich auf einem Kreisbogen. Das Torpedo 9 und die Strahlenblende 3 führen eine geradlinige Bewegung aus. Die Strahlenquellen 4 werden in die Ruhestellung durch Gewichte 11 gezogen. Der Übersicht halber ist in der Zeichnung nur die Betätigungsvorrichtung eines einzigen Torpedos gezeigt. Selbstverständlich werden die andern Torpedos durch gleiche Vorrichtungen betätigt. Der Antrieb 5 schiebt alle Torpedos ein, die durch die Wählvorrichtung 10 ausgewählt wurden.
Diese Wählvorrichtung kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch arbeiten. Die Bewegung der Torpedos erfolgt entgegen einer nicht ausschaltbaren Kraft, z. B. einem Gewicht oder einer Feder.
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