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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausmessen von Feldern ionisierender Strahlung in Form von
Isodosen mit einer in einem Wasserphantom, durch welches ionisierende Strahlung geführt wird, angeordneten
Messsonde, welche in Mäanderform durch das Wasserphantom bewegt wird.
In der medizinischen Geschwulst- (Krebs-) Behandlung durch ionisierende Strahlung (z. B. Röntgenstrahlen,
Elektronen usw. ) ist für eine entsprechende therapeutische Dosierung eine genaue dosimetrische Beschreibung des
Bestrahlungsfeldes unerlässlich. Der zu bestrahlende Herd soll möglichst im Bereich der maximalen Dosis liegen und es ist daher für den Therapeuten bei der Wahl der günstigsten Bestrahlungsparameter von grossem Vorteil, wenn er das Bestrahlungsfeld im Patienten in Form von Isodosen gekennzeichnet hat. Isodosen sind Linien, die die Punkte gleicher Strahlendosis in einem Strahlenfeld verbinden.
Zur Gewinnung der lodosen wird der Patient durch ein gewebeäquivalentes Phantom ersetzt und in diesem bei den vorgewählten Bestrahlungsparametern (Strahlenenergie, Feldgrösse, Abstand von der Strahlenquelle, Filter, Feldausgleich usw.). Das Strahlenfeld experimentell punktförmig ausgemessen. Als Material für gewebsäquivalente Phantome sind besonders Wasser und eine Reihe von Kunststoffen geeignet. Auf Grund von vielen Messpunkten kann schliesslich das Bestrahlungsfeld durch Isodosen beschrieben und gezeichnet werden. Alle bekannten händischen Verfahren zur Gewinnung von
Isodosen sind sehr zeitraubend und mühsam. In der Bestrahlungsplanung, wie sie für moderne Bestrahlungsgeräte unerlässlich ist, werden als Grundlage besonders die Isodosenpläne von sogenannten Stehfeldern in den verschiedenen zur Anwendung kommenden Modifikationen benötigt.
Es lag daher nahe, die Ausmessung wie auch die Zeichnung von Isodosenplänen zu automatisieren. Die bisher verwendeten automatischen Verfahren haben entweder mittels aufwendiger komplizierter Steuerung die verwendete Messsonde auf Linien gleicher
Dosisleistung geführt und mit einem entsprechenden, elektrisch gekoppelten Schreibsystem die Isodosenkurven gleich gezeichnet, oder es wurde die Messsonde auf vorgegebenen Bahnen geführt, die jeweiligen Messwerte punktweise erfasst, gespeichert und nach Verarbeitung durch elektronische Rechner zur Aufzeichnung in Form von Isodosen gebracht.
Das erste Verfahren leidet u. a. meist durch Synchronisationsschwierigkeiten (Sonde-Schreiber), wie auch unter Übersteuerung beim Nachfahren, so dass die Kurven nachträglich geglättet werden müssen, als auch durch einen erhöhten Zeitaufwand, da die einzelnen Isodosen nur nacheinander gezeichnet werden können. Beim zweiten Verfahren ist der kostspielige Einsatz von Computern notwendig, als auch die langen Integrationszeiten im Bereich ausserhalb des Nutzstrahlungsfeldes störend, da meist die Ortsdosis als Messgrösse verwendet wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das von der über ein Gestänge mit einem magnetisch betätigten Druckersystem starr verbundenen Messsonde gelieferte, der Ortsdosisleistung proportionale, vorzugsweise elektronisch verstärkte Signal einer der Anzahl der gewünschten Isodosen entsprechenden Reihe von auf die entsprechenden Isodosenniveaus eingestellten elekronischen Vergleichsgliedern zugeführt wird, die bei Übereinstimmung der Grösse des Messsignals mit dem eingestellten Isodosenniveau einen Impuls an das Druckersystem weitergeben.
Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist ein Wasserphantom auf, über welchem eine Einrichtung zum Führen einer Messsonde, an sich bekannter Bauart, längs einer mäanderförmigen Bahn angeordnet ist und ist gekennzeichnet durch ein magnetisch betätigtes Druckersystem welches durch ein Gestänge mit der Messsonde starr verbunden ist und seinerseits auf eine Druckbühne einwirkt, ferner durch die zur Verstärkung des Messsignals erforderlichen elektronischen Verstärker und die zur Betätigung des Druckersystems erforderlichen elektronischen Vergleichsglieder sowie die entsprechenden Spannungsversorgungen für die elektronischen Einrichtungen.
Hiebei wird die Vergleichsspannung für die entsprechenden Isodosenniveaus entweder einer konstanten Hilfsspannung entnommen, falls stationäre Strahlenfelder ausgemessen werden oder vom verstärkten Messsignal einer eigenen Vergleichssonde (Monitorsonde), falls es sich um nicht stationäre Felder handelt. Im Prinzip können beliebig viele Vergleichskreise verwendet und damit Isodosenniveaus erreicht und gedruckt werden, es empfiehlt sich jedoch in Stufen von 5 oder 10% zu einem Niveau, das als 100% definiert wird, einzuteilen. Da das Isodosenfeld der relativen Verteilung im Strahlenfeld entspricht, so ist ein Bezugspunkt "per definitionem" als 100% zu wählen. Dieser Bezugspunkt ist für die verschiedenen Feldparameter allgemein bekannt und definiert.
Da das Niveau der Vergleichskreise fest eingestellt ist, muss man die Messsonde an den definierten 100% Messpunkt bringen und die Verstärkungsempfmdlichkeit so variieren, dass der 100% Kreis genau anspricht, denn damit stimmen relativ dazu alle andern gewählten Niveaus. Ab dieser Bezugspunkteinstellung läuft der Ausdruckvorgang des Messfeldes automatisch ab. Da man aus strahlenschutztechnischen Gründen während der Bestrahlungszeit meist nicht im Messraum sein darf, werden die wesentlichen Bedienungselemente über Kabel von aussen aktiviert. Durch das starre System Drucker-Messsonde erreicht man eine eindeutige Zuordnung (l : l) zwischen dem gedruckten Isodosenfeld und dem Strahlenfeld. An allen Punkten, wo die Messgrösse einem eingestellten Isodosenniveau entspricht, wird ein Zeichen (z. B. Punkt) gedruckt.
Im Extremfall können die abgefahrenen Zeilen so eng gewählt werden, dass die einzelnen Punkte fast zu Linien verschmelzen und damit die Isodosen eindeutig erkennen lassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben. Fig. l zeigt das Blockschaltbild der verwendeten Elektronik für die Verarbeitung des Messsignals, um durch einen geeigneten
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Stromimpuls den Druckmagnet zum Ansprechen zu bringen. Fig. 2 zeigt das elektrische Blockschaltbild für die Sondenführung, die insbesondere automatisch mäandrierend sein kann. Fig. 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung mit Wasserphantom, Sondenführung, Druckerbühne sowie den erforderlichen elektronischen Einheiten zur Verarbeitung und Fernanzeige des Messsignals und Fernsteuerung der Sondenführung. Fig. 4 und 5 zeigen Isodosenfelder von Strahlungsfeldern, die mit der beschriebenen Vorrichtung gedruckt wurden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. l wird das Signal der Messsonde --1-- über einen Bereich-Schalter
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einem Operationsverstärker-3-zugeführt,--7-- verbunden ist. Die Anzahl der Kippkreise--7--entspricht der maximal möglichen Isodosenzahl. Durch Schalter --8-- können die verschiedenen Kippkreise --7-- wahlweise zu- oder abgeschaltet und damit die gewünschte Isodosenzahl gewählt werden. Durch einen umschalter --9-- wird über einen Einstellregler--10--das Vergleichssignal, das entweder einer konstanten Hilfsspannung oder aus einem
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erzeugt. Die Einheiten-2 bis 11 und 14 bis 19-befinden sich in einem Metallgehäuse (18 X 22 X 30 cm) und bilden die Zentraleinheit-Z- (Fig. 3).
Eine Fernanzeigeeinheit gestattet wahlweise das Messsignal oder das Monitorsignal oder die konstante Hilfsspannung für die Vergleichniveaus während des Betriebes digital zu messen. Die Digitalanzeige --20-- ist gemeinsam mit der Fernbedienung --21-- für die Rückkopplungsglieder, die mittels Servomotoren verstellt werden, in einer eigenen Fernanzeigeeinheit--FA--, die dadurch ausserhalb des Strahlenanwendungsraumes --S-- (Fig. 3) aufgestellt werden kann, untergebracht. Für die Sondensteuerung zeigt Fig. 2 ein
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-23--,- erfolgen, wobei einerseits über eine Einheit für konstante Geschwindigkeit --26a-- die Drehzahl bestimmt wird und anderseits die Richtungsumschaltung-28-aktivierbar ist.
In der Richtungsumschalt- einheit--28--sind Endschalter integriert, die vor Auflaufen der Sonde auf die Phantomwand die Stromzuführung des jeweiligen Motors--24, 25--unterbrechen und damit die Sondenbewegung stoppen bzw. erst nach einer Richtungsumschaltung von der Direktsteuerung --30-- aus eine weitere Sondenbewegung gestatten. Für die Bestimmung der Sondenposition werden elektrische Ortsgeber --31,32-- verwendet, die durch mechanische Kopplung an die Antriebsteile der Motore-24, 25--verstellt werden. Die Einheiten - 22 bis 32-befinden sich in einem Schaltbordkästchen (--Sch--, Fig. 3), das direkt an das Phantom bzw. das mechanische Führungssystem angebaut ist.
Da die Bedienung der Steuerung für die Sondenführung von einem strahlensicheren Ort (--SO--, Fig. 3) zu erfolgen hat und man meist im Strahlenanwendungsraum (--S--, Fig. 3) bei Betrieb nicht verweilen darf, ist eine Fernbedienung-FB--, die auch die Mäanderautomatik --33-- enthält, angeschlossen. Die Fembedienung--FB--enthält eine Drehzahlfernregelung-Einheit
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den elektrischen Signalen der Ortsgeber --31, 32--betrieben wird und mechanisch die elektrischen Kontakte der Feldbegrenzung--37--aktiviert, wodurch bei eingeschaltetem Mäanderschalter--38--die Mäanderautomatik--33--die Sondensteuerung übernimmt.
Die Mäanderautomatik-33-wirkt über die
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--30-- aufPositions fern anzeige --36--, die Feldbegrenzung-Einheit--37--aktiviert, die über den Mäanderschalter --38-- auf die Mäanderautomatik--33--wirkt, wodurch kurz der Motor--25--für den Mäanderschritt eingeschaltet und gleichzeitig die Drehrichtung des Motors --24-- für die Querbewegung umgepolt wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird die Strahlung--R--in ein Wasserphantom-39-geführt, über dem eine Vorrichtung zum Führen der Messsonde--l--angebracht ist, wobei mit der Sonde --l-- durch ein Gestänge --40-- starr ein Druckersystem--12--verbunden ist, das auf eine seitlich vom Phantom angeordnete Druckbühne--41--einwirken kann.
Das Phantom--39--besteht aus einem mit Wasser gefüllten kubischen Plexiglasgefäss von 40 cm
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aufgesetzt und darauf der mechanische Führungsaufbau für die Sonde--l--montiert. Auf diesem Rahmen --43-- sind die Lagerböcke --44-- für die Führungsstangen--45--und die Antriebsgewindespindel
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--45-- bestehenGewindespindel--46--kugelgelagert ist. Zum Antrieb der Spindel --46-- werden Gleichstromnebenschlussmotore-24, 25-- in Verbindung mit einem geräuscharmen Schneckengetriebe verwendet. Durch ein bronzenes Muttergewinde wird eine Plattform, die aus zwei Aluquadern besteht, die mittels Kugelbüchsen auf den Führungsstangen --45-- gelagert sind durch die Gewindespindel--46--verschoben.
Das erste System ist seitlich in Strahlrichtung--R--am Rahmen--43--angeordnet und auf seiner Plattform sind die Lagerböcke--47--für das zweite System angeschraubt, mittels dem eine Plattform--48--senkrecht zur
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ein besseres Druckbild zu erhalten, ist die Druckbühne--41--mit einem 0, 1 cm starken PVC-Belag überzogen. Damit die Plattformen nicht gegen die Lagerböcke --44, 47-- am Ende der Führungssysteme auflaufen können, sind Mikroschalter--51--vorgesehen, die die Stromzuführung der Antriebsmotore--24, 25unterbrechen und damit feldbegrenzend wirken. Die Motore--24, 25--sind auf Grundplatten, die an die Lagerungsböcke --44, 47-- am Ende der Gewindespindeln--46--angeschraubt sind, befestigt und mittels flexiblen Kupplungen mit diesen verbunden.
Für die Aufnahme der elektrischen Steuerelemente ist ein kleines Schaltbordkästchen--Seh--vorgesehen, das über dem Motor--25--für die Tiefenverstellung an dessen Grundplatte befestigt ist. Ein normales dreipoliges Netzkabel--52--mit einem Schuko-Stecker verbindet dieses Schaltbordkästchen --Sch--, das zur Direktsteuerung der Sonde --1-- vom Phantom --39-- aus dient, mit dem Stromnetz. Mit diesem Schaltbord --Sch-- am Phantom --39-- ist über ein zwölfpoliges, 10 m langes Kabel --53--. die Fernbeding --FB-- verbunden, mit der die Sondenführung fernbedient
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Ionisationskammer von der Fa. PTW verwendet. Die Kammer ist über ein 2 m langes abgeschirmtes Kabel --54-- direkt mit der Zentraleinheit--Z--verbunden und wird von dieser mit der stabilisierten Messspannung versorgt.
Die Anordnung nach Fig. 3 zeigt den Messaufbau für staionäre Strahlenfelder und deshalb konnte in der schematischen Darstellung die Monitorsonde--13--weggelassen werden. Die Zentraleinheit
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zwischen Zentraleinheit --Z-- und Fernanzeige --FA--, ist es möglich, diese voneinander räumlich zu trennen und in einem strahlensicheren Fernbedienungsraum--SO--, von dem alles fern überwacht und bedient werden kann, unterzubringen. Die Zentraleinheit--Z--wird meist im Strahlenanwendungsraum--S-bleiben müssen, da durch eine kurze Kabelverbindung zur Sonde--l--die Eingangsimpedanz kleingehalten werden kann und man dadurch günstigere elektronische Verstärkungsbedingungen erhält. Die Fig. 4 und 5 zeigen Isodosen von Strahlenfeldem, die mittels der beschriebenen Vorrichtung gedruckt werden.
Es handelt sich dabei um die Felder an einem Co-60-Bestrahlungsgerät, dessen Strahlung als stationär angenommen werden darf. Fig. 4 zeigt ein Feld der Grösse 6 X 6 cm bei einem Quellen-Phantomabstand von 60 cm, das durch ein Keilfilter --59-- (Keilwinkel 17,5 ) aus Blei abgedeckt ist. Fig. 5 zeigt ein 10 X 10 cm Feld im gleichen
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