DD228651A1

DD228651A1 - METHOD FOR STEEL DUSIS CONTROL IN IRRADIATED TISSUE IN ELECTRON BEAM THERAPY

Info

Publication number: DD228651A1
Application number: DD26924484A
Authority: DD
Inventors: Lothar Schwaar
Original assignee: Robotron Messelekt
Priority date: 1984-11-08
Filing date: 1984-11-08
Publication date: 1985-10-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strahlendosiskontrolle im bestrahlten Gewebe bei Elektronenstrahltherapie. Das Ziel der Erfindung ist es, dass bei der Strahlentherapie die vom Arzt festgelegte Strahlendosis fuer die erkrankten Gewebebereiche eingehalten und das gesunde Gewebe weitgehend geschont wird. Dazu wird die benoetigte Dosisverteilung vor der Bestrahlung ermittelt. Unter Beruecksichtigung von Einflussfaktoren wie Energieabhaengigkeit der Detektorempfindlichkeit, Selbstabsorption im Gewebe und Umsetzungsfaktor wird weiterhin das zu erwartende Intensitaetsverteilungsbild der sekundaeren, im bestrahlten Gewebe ausgeloesten Quantenstrahlung berechnet. Zur Registrierung dient ein ortsaufloesender Strahlungsdetektor. Waehrend der Bestrahlung werden die berechnete und die gemessene Intensitaetsverteilung verglichen. Als Einsatzgebiet kommt die Strahlentherapie mit monoenergetischer Elektronenstrahlung in Betracht.The invention relates to a method for radiation dose control in the irradiated tissue in electron beam therapy. The aim of the invention is that in radiation therapy the radiation dose set by the doctor for the diseased tissue areas is maintained and the healthy tissue is largely spared. For this purpose, the required dose distribution is determined before the irradiation. Taking into account influencing factors such as energy dependence of the detector sensitivity, self-absorption in the tissue and conversion factor, the expected intensity distribution pattern of the secondary quantum radiation induced in the irradiated tissue is also calculated. For registration serves a spatially resolved radiation detector. During the irradiation, the calculated and the measured intensity distribution are compared. The field of application is radiotherapy with monoenergetic electron radiation.

Description

Title of the invention

Verfahren zur Strahlendosiskontrolle im bestrahlten Gewebe bei Elektronenstrahl therapieMethod for monitoring radiation dose in the irradiated tissue in electron beam therapy

Field of application of the invention

Die Erfindung läßt sich bei der Strahlentherapie bösartiger Geschwülste, wobei zur Therapie Elektronenstrahlung aus Beschleunigungsanlagen benutzt wird, anwenden.The invention can be applied to the radiation therapy of malignant tumors using electron radiation from accelerators for therapy.

Characteristic of the known technical solutions

Bei der Strahlentherapie ist zu sichern, daß die erkrankten Gewebebereiche die vom Arzt festgelegte Strahlendosis erhalten und das gesunde Gewebe möglichst weitgehend geschont wird. Dafür wird in jedem Einzelfall ein Bestrahlungsplan aufgestellt, dem die berechnete und nach Erfordernis im Wasserphantom gemessene Dosisverteilung zugrunde liegt. Außerdem kann während der Bestrahlung die Intensität des Elektronenstrahls, der aus dem Beschleuniger austritt, durch Messungen kontrolliert werden. Bisher war aber eine direkte Kontrolle der absorbierten Strahlendosis in den einzelnen bestrahlten Gewebebereichen nicht möglich. Das ist jedoch dringend erforderlich, da weder Modellrechnungen noch Modellmessungen sämtliche Bedingungen, die den Aufbau des Strahlenfeldes im Einzelfall beeinflussen, berücksichtigen können.When radiotherapy is to ensure that the diseased tissue areas receive the radiation dose specified by the doctor and the healthy tissue is spared as much as possible. For this purpose, an irradiation plan is set up in each individual case based on the calculated dose distribution measured as required in the water phantom. In addition, during irradiation, the intensity of the electron beam exiting the accelerator can be controlled by measurements. So far, however, a direct control of the absorbed radiation dose in the individual irradiated tissue areas was not possible. However, this is urgently required since neither model calculations nor model measurements can take into account all conditions that influence the structure of the radiation field in individual cases.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die in den einzelnen Gewebezeichen absorbierte Strahlendosis unmittelbar zu kontrollieren, diese mit vorher ermittelten Werten zu vergleichen und ein Erreichen der zulässigen Dosis rechtzeitig zu signalisieren, um eine Überdosis zu vermeiden.The aim of the invention is to directly control the radiation dose absorbed in the individual tissue characters, to compare them with previously determined values and to signal a reaching of the permissible dose in time in order to avoid an overdose.

Explanation of the essence of the invention

Die Erfindung löst die Aufgabe, bei der Strahlentherapie mit Elektronenstrahlung die Einhaltung der vom Arzt für die jeweiligen erkrankten Gewebebereiche festgelegte Strahlendosis durch eine fortlaufende Kontrolle zu gewährleisten. Damit ist eine weitgehende Schonung des gesunden Gewebes sichergestellt. Für die Messung wird die vom bestrahlten Gewebe emittierte Quantenstrahlung benutzt.The invention solves the problem of ensuring compliance with the radiation dose set by the physician for the respective diseased tissue areas by a continuous control in the radiation therapy with electron radiation. This ensures a substantial protection of the healthy tissue. For the measurement, the quantum radiation emitted by the irradiated tissue is used.

Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß während der Bestrahlung ein oder mehrere ortsauflösende Strahlungsdetektoren auf den bestrahlten Körperbereich des Patienten gerichtet sind. Diese Strahlungsdetektoren sollen die sekundäre Quantenstrahlung erfassen.The features of the invention are that during irradiation, one or more spatially resolving radiation detectors are directed at the irradiated body region of the patient. These radiation detectors are intended to detect the secondary quantum radiation.

Als Strahlungsdetektoren können die bekannten Szintiliationskameras oder aus Halbleiterdetektoren zusammengestellte Mosaikanordnungen benutzt werden. Die Halbleiterdetektoranordnungen sind weniger störanfällig gegenüber elektromagnetischen Streufeldern der Beschleuniger als die Szintiliationskameras. Außerdem besitzen Halbleiteranordnungen kleinere Abmessungen als Szintiliationskameras. Nachteilig ist die relativ geringe Empfindlichkeit von Halbleiterdetektoren gegenüber Quanten-Strahlung.The radiation detectors used may be the known scintillation cameras or mosaic arrangements composed of semiconductor detectors. The semiconductor detector arrays are less susceptible to electromagnetic stray fields of the accelerators than the scintillation cameras. In addition, semiconductor devices have smaller dimensions than scintillation cameras. A disadvantage is the relatively low sensitivity of semiconductor detectors to quantum radiation.

Bei der Bestrahlungsplanung wird in bekannter Weise der Sollwert für die Dosisverteilung durch Rechner festgelegt und der Ablauf der Bestrahlung bestimmt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist im Rahmen des Rechenprogramms parallel zur Dosisverteilung ebenfalls das Intensitatsverteilungsbild zu berechnen, das durch Registrierung der sekundären Gammastrahlung mit dem ortsempfindlichen Strahlendetektor entsteht. Diese Berechnung geht davon aus, daß die ElektronenstrahlungIn the treatment planning, the setpoint for the dose distribution is determined by the computer in a known manner and the course of the irradiation is determined. In accordance with the method according to the invention, the intensity distribution image which results from registering the secondary gamma radiation with the position-sensitive radiation detector is likewise to be calculated in parallel with the dose distribution within the scope of the calculation program. This calculation assumes that the electron radiation

im Gewöbe mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit, die von der Elektronenenergie und der atomaren Zusammensetzung des Gewebesegments abhängt, sekundäre Quantenstrahlung erzeugt. Weiterhin sind bei der Berechnung des zu messenden Intensitätsverteilungsbildes insbesondere Selbstabsorption im Gewebe sowie die geometrischen Bedingungen zu berücksichtigenin the vault with a certain probability, which depends on the electron energy and the atomic composition of the tissue segment, generates secondary quantum radiation. Furthermore, in the calculation of the intensity distribution image to be measured, in particular self-absorption in the tissue as well as the geometric conditions must be considered

Mit den gemessenen Impulsen erfolgt in bekannter Weise der Bildaufbau und die Darstellung beispielsweise mittels eines Bildschirme^. With the measured pulses in a known manner the image structure and the representation, for example by means of a screens ^.

Zur Kontrolle des Bestrahlungsvorganges wird das berechnete Verteilungsbild der Strahlungsintensität während der Bestrah- lung - also während des Aufbaus dieses Bildes - in die Abbildung von dem bestrahlten Körperbereich, die durch bereits bekannte bildgebende Faktoren erhalten werden kann, eingeblendet. In das Bild des bestrahlten Körperbereiches wird der durch die Bestrahlungsplanung vorgegebene Sollwert für die Intensitätsverteilung für die jeweiligen Bildsegmente eingetragen. Durch Verfolgung des Aufbaus der realisierten Intensität während des Bestrahlungsvorgangs wird die allmähliche Annäherung des Sollwertes ständig kontrolliert. Bei Gefahr der Überschreitung des Sollwertes wir-d—ein_\Varnsignal ausgelöst, das eine rechtzeitige Korrektur des Bestrahlungsablaufes ermöglicht.In order to control the irradiation process, the calculated distribution pattern of the radiation intensity during irradiation - ie during the construction of this image - is superimposed on the image of the irradiated body region, which can be obtained by already known imaging factors. In the image of the irradiated body region of the prescribed by the irradiation planning setpoint for the intensity distribution for the respective image segments is entered. By following the build-up of the realized intensity during the irradiation process, the gradual approximation of the set point is constantly controlled. If there is a risk of exceeding the setpoint value, the warning signal is triggered, which allows a timely correction of the irradiation sequence.

Die räumliche Verteilung der absorbierten Strahlendosis kann man mit bekannten Verfahren erhalten, wenn die vom bestrahlten Bereich emittierte Quantenstrahlung aus mehreren Richtungen aufgenommen wird.The spatial distribution of the absorbed radiation dose can be obtained by known methods when the quantum radiation emitted by the irradiated area is recorded from several directions.

Unter Kontrolle des beschriebenen Verfahrens kann auch mit Strahlenbündeln, die sehr geringen Querschnitt besitzen, eine 'punktuelle* Bestrahlung kleiner Gewebebereiche durchgeführt werden. Damit ergeben sich neue Möglichkeiten für die Optimierung der Strahlentherapie.Under the control of the method described, it is also possible to carry out 'punctual * irradiation of small tissue areas with bundles of rays which have a very small cross-section. This opens up new possibilities for the optimization of radiotherapy.

embodiment

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachstehend näher erläutert werdenThe inventive method will be explained in more detail below

Zur Realisierung des Verfahrens werden eine raonoenergetische To realize the procedure a raonoenergetische

Elektronenstrahlung, ein ortsauflösender Strahlungsdetektor, der dazu mit einem Kollimator versehen istjUnd eine Bildwiedergabeeinrichtung benötigt.Electron radiation, a spatially resolving radiation detector, which is provided with a collimator for this purpose AND requires an image display device.

Das erfindungsgemäße Verfahren benutzt die von der primären Elektronenstrahlung im bestrahlten Gewebe ausgelöste sekundäre Quantenstrahlung, die von mindestens einem ortsauflösenden Strahlungsdetektor erfaßt wird. Der Strahlungsdetektor kann fest oder beweglich angeordnet sein.The method according to the invention uses the secondary quantum radiation triggered by the primary electron radiation in the irradiated tissue, which is detected by at least one spatially resolving radiation detector. The radiation detector may be fixed or movable.

In bekannter Weise wird vor der Strahlentherapie die benötigte Dosisverteilung berechnet. Weiterhin wird das dabei zu erwartende Intensitatsverteilungsbild, das von dem ortsauflösenden Strahlungsdetektor später gemessen wird und das durch die sekundäre Quantenstrahlung dargestellt wird, errechnet. Hierbei werden solche Faktoren wie Energieabhängigkeit der Detektorerapfindlichkeit, Selbstabsorption im Gewebe und der energieabhängige Faktor für die Umsetzung der Elektronenstrahlung in die sekundäre Quantenstrahlung berücksichtigt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die derart rechnerisch korrigierte Intensitätsverteilung für die entsprechenden Gewebebereiche mittels einer Bildwiedergabeeinrichtung sichtbar gemacht.In a known manner, the required dose distribution is calculated before the radiation therapy. Furthermore, the expected intensity distribution image, which is measured later by the spatially resolving radiation detector and which is represented by the secondary quantum radiation, is calculated. In this case, such factors as energy dependence of the detector sensitivity, self-absorption in the tissue and the energy-dependent factor for the conversion of the electron beam into the secondary quantum radiation are taken into account. In a further method step, the computationally corrected intensity distribution for the corresponding tissue regions is made visible by means of an image reproduction device.

Dieses rechnerisch ermittelte Bild der intensitätsverteilung wird nun wärhrend der Bestrahlung mit der in Abhängigkeit von der Zeit für die jeweiligen Gewebebereiche applizierten Dosis verglichen, wozu die Registrierung der mit dem ortsauflösenden Strahlungsdetektor erfaßten Quantenstrahlung erfolgt. Die aus dem fortlaufenden Vergleich zwischen Soll- und Istwert der Dosisverteilung ableitbaren Signale lassen sich sowohl zu einer Korrektur der lokalen Intensitätsverteilung sofern erforderlich - als auch zum automatischen Abschalten des Beschleunigers benutzen.This computationally determined image of the intensity distribution is then compared during the irradiation with the dose applied as a function of time for the respective tissue regions, for which purpose the registration of the quantum radiation detected by the spatially resolving radiation detector takes place. The derivable from the continuous comparison between the setpoint and actual value of the dose distribution signals can be used both to correct the local intensity distribution if necessary - as well as for automatic shutdown of the accelerator.

Für den Einsatz als ortsauflösende Strahlungsdetektoren kommen besonders Szintillationskaraeras oder Mosaikanordnungen von Halbleiterdetektoren in Betracht.Scintillation karaeras or mosaic arrangements of semiconductor detectors are particularly suitable for use as spatially resolved radiation detectors.

Hauptsächlich bei großflächigen Bestrahlungsfeldern kann es vorteilhaft sein,, die emittierte Quantenstrahlung aus mehreren Richtungen zu messen. Dazu ist es sowohl möglich, mehrere ortsauflösende Strahlungsdetektoren zu benutzen, als auchMainly with large-area irradiation fields, it may be advantageous to measure the emitted quantum radiation from several directions. For this it is both possible to use several spatially resolved radiation detectors, as well

mit nur einem beweglich angeordneten, ortsauflösenden Strahlungsdetektor zu arbeiten.to work with only one movably arranged, spatially resolving radiation detector.

Ein vorteilhaftes Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch dann gegeben, wenn die monoenergetische Elektronenstrahlung nur einen kleinen Strahlquerschnitt aufweist und damit auch kleine Gewebebereiche des Krankheitsherdes nacheinander bestrahlt werden können.An advantageous field of application of the method according to the invention is also given when the monoenergetic electron beam has only a small beam cross-section and thus even small tissue areas of the disease herd can be irradiated successively.

Claims

ErfiηdungsanSpruch

1. A method for controlling radiation dose in the irradiated tissue in electron beam therapy, wherein the therapeutically required dose distribution has been previously determined, using a monoenergetic electron beam, a spatially resolving radiation detector with collimator and an image display device, characterized in that the resulting in the tissue secondary quantum radiation is detected by the spatially resolving radiation detector in that in addition to the previous calculation of the
In particular, the energy-dependent detector sensitivity, the self-absorption in the tissue and the energy-dependent factor for the conversion of electron radiation into the secondary quantum radiation are taken into account that the thus corrected intensity distribution is registered, that the image of the corrected intensity distribution is compared with the target value of the dose rate.

2. The method according to item 1, characterized in that a scintillation camera is used as a spatially resolving radiation detector.

3. The method according to item 1, characterized in that a mosaic arrangement of semiconductor detectors is used as a spatially resolving radiation detector.

4. Method according to item 1 to 3, characterized by

that the emitted quantum radiation is measured from several directions.

5. The method according to item 1 to 4, characterized in that the image of the corrected intensity distribution is compared with an image of the body region obtained by other imaging methods.

6. Method according to item 1 to 5, characterized by
that upon reaching the predetermined, absorbed radiation dose, a warning signal is triggered.

J1.1 O

7. The method according to item 1 to 6, characterized in that the monoenergetic electron radiation has only a small beam cross-section.