DE102007041923B4

DE102007041923B4 - Einrichtung zur Beeinflussung eines Körpers aus einem biologischem Gewebe

Info

Publication number: DE102007041923B4
Application number: DE200710041923
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr. Enghardt Wolfgang; Dr. Karsch Leonhard; Prof. Dr. Baumann Michael; Prof. Dr. Sauerbrey Roland; Dr. Schramm Ulrich
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden; Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2027-08-30
Also published as: DE102007041923A1

Abstract

Einrichtung zur Beeinflussung eines Körpers (4) aus einem biologischem Gewebe durch Bestimmung der im Körper (4) deponierten Dosis geladener Teilchen in Echtzeit, mit – einer gepulsten Quelle von elektromagnetischen Strahlen und einem Target als Quelle (1) für Teilchenstrahlen, wobei durch das Auftreffen der gepulsten elektromagnetischen Strahlen auf das Target gepulste Teilchenstrahlen vom Target abstrahlen, – einem Energiefilter (2) für Teilchen bestimmter Energie, dem Körper (4) und einem Faraday-Cup-Elektrometer (5) im Strahlengang nach der Quelle (1) für Teilchenstrahlen, – einem mit dem Energiefilter (2) und dem Faraday-Cup-Elektrometer (5) zusammengeschalteten Datenverarbeitungssystem (6), womit aus der mit dem Faraday-Cup-Elektrometer (5) gemessenen Ladung der den Körper (4) durchquerten Teilchen die Anzahl der Teilchen und der mit dem Energiefilter (2) gewählten Energie der Teilchen und der Teilchenstrahlung der Energieverlust der Teilchen und daraus folgernd die im Körper (4) deponierte Dosis in Echtzeit ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Beeinflussung eines Körpers aus einem biologischem Gewebe durch Bestimmung der im Körper deponierten Dosis geladener Teilchen in Echtzeit.
Bei der Nutzung ionisierender Strahlung werden zur Bestimmung der applizierten Dosis bekannte Dosimeter wie zum Beispiel Filmdosimeter, Thermolumineszenz-Dosimeter, Fricke-Dosimeter und optisch stimulierte Lumineszenz-Dosimeter eingesetzt. Die Dosis kann dabei erst nach einer relativ langen Zeitdauer nach Beendigung der Bestrahlung bestimmt werden, so dass diese Dosimeter für eine Messung in Echtzeit nicht geeignet sind.
Bekannte Ionisationskammern weisen einen derartigen Nachteil nicht auf. Diese besitzen aber den Nachteil einer großen Abhängigkeit des angezeigten Dosiswertes von der Dosisleistung. Für eine Markuskammer ist zum Beispiel die angezeigte Dosis bei 3,5 × 10⁴ Gy/s nur 2/3 der tatsächlichen Dosis (Med. Phys 32/7/July 2005, S. 2204–2210).
Wird die medizinisch relevante Dosis von ungefähr einem Gray durch ein laserbeschleunigtes Teilchenpaket mit einer Länge von Pikosekunden appliziert, führt das auf Dosisleistungen von 1012 Gy/s. Damit sind Ionisationskammern für diese Art von Strahlung nicht mehr zuverlässig.
Durch die Druckschrift US 2005/0077 472 A1 ist eine Bestrahlungsanlage für Briefe mit biologischen Waffen bekannt. Diese werden dabei bestrahlt, um das biologische Material abzutöten. Dazu werden die Anzahl der Elektronen, die das Objekt durchqueren und daraus die applizierte Dosis überwacht. Das erfolgt mit zwei Faraday-Cups. Die Energie der Strahlung wird direkt aus den Eigenschaften der Strahlungsquelle abgeleitet. Mit den beiden Faraday-Cups wird die Energie der Elektronen nach der Probe bestimmt. Die applizierte Dosis wird aus dem so bestimmten Energieverlust der Elektronen und dem Strom berechnet.
Eine Einrichtung zur Zusammenführung zweier Strahlen zweier Strahlungsquellen ist durch die Druckschrift US 6 809 325 B2 bekannt.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in Gegenständen bei Bestrahlung mit geladenen Teilchen deponierte Dosis zu bestimmen.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Einrichtung zur Beeinflussung eines Körpers aus einem biologischem Gewebe durch Bestimmung der im Körper deponierten Dosis zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Dosis in Echtzeit bestimmbar ist.
Dazu sind

– eine gepulste Quelle von elektromagnetischen Strahlen und ein Target als Quelle für Teilchenstrahlen, wobei durch das Auftreffen der gepulsten elektromagnetischen Strahlen auf das Target gepulste Teilchenstrahlen vom Target abstrahlen,
– ein Energiefilter für Teilchen bestimmter Energie, dem Körper und einem Faraday-Cup-Elektrometer im Strahlengang nach der Quelle für Teilchenstrahlen und
– ein mit dem Energiefilter und dem Faraday-Cup-Elektrometer zusammengeschalteten Datenverarbeitungssystem angeordnet.

Dadurch wird aus der mit dem Faraday-Cup-Elektrometer gemessenen Ladung der den Körper durchquerten Teilchen die Anzahl der Teilchen und der mit dem Energiefilter gewählten Energie der Teilchen und der Teilchenstrahlung der Energieverlust der Teilchen und daraus folgernd die im Körper deponierte Dosis in Echtzeit ermittelt.
Damit ist es vorteilhafterweise möglich, die Dosis von Teilchenstrahlen zur Beeinflussung biologischen Gewebes in Echtzeit zu bestimmen. Laserbeschleunigte Teilchenstrahlen zeichnen sich durch ein anderes Zeitverhalten gegenüber denen von bekannten Medizinbeschleunigern aus. Es sind kurze Pulse mit einer hohen Anzahl von Teilchen und einer geringen Wiederholfrequenz.
Die Quelle der Teilchenstrahlen ist dazu eine gepulste Quelle von elektromagnetischen Strahlen und ein Target. Die gepulste Quelle von elektromagnetischen Strahlen und das Target sind dazu so angeordnet, dass durch das Auftreffen der gepulsten elektromagnetischen Strahlen auf das Target gepulste beschleunigte Teilchenstrahlen vom Target abstrahlen. Mit dem Einsatz eines gepulsten Lasers als gepulste Quelle der elektromagnetischen Strahlen und des Targets ist die Erzeugung laserbeschleunigter Teilchenstrahlen leicht möglich.
Die applizierte Dosis im biologischem Gewebe ist von der Zahl der Teilchen, die das biologische Gewebe durchqueren, und von der Energie der Teilchen abhängig. Dazu sind im Strahlengang der Energiefilter und das Faraday-Cup-Elektrometer angeordnet. Die Ladung der Teilchen, die das biologische Gewebe durchquert hat, wird mit dem Faraday-Cup-Elektrometer gemessen. Aus dieser Messung wird die Anzahl der Teilchen ermittelt. Die Dosis ergibt sich in Abhängigkeit von der Messung durch das Faraday-Cup-Elektrometer und der mit dem Energiefilter gewählten Energie der beschleunigten Teilchen der Teilchenstrahlung.
Damit steht eine universell einsetzbare Einrichtung für den Einsatz neuartiger beschleunigter Teilchenstrahlung zur Verfügung, die zur Beeinflussung von biologischem Gewebe und zur Kalibrierung von Dosimetern zur Bestimmung der Dosis beschleunigter Teilchenstrahlung nutzbar ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.
Im Strahlengang ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 nach dem Energiefilter eine Einrichtung zur Homogenisierung und Kollimation des Teilchenstrahles angeordnet. Damit wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass die Teilchen den Gegenstand homogen durchdringen können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung prinzipiell dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt die
1 eine Einrichtung zur Beeinflussung eines Körpers aus einem biologischem Gewebe durch Bestimmung der im Körper deponierten Dosis geladener Teilchen.
Eine Einrichtung Beeinflussung eines Körpers aus einem biologischem Gewebe durch Bestimmung der im Körper deponierten Dosis geladener Teilchen, besteht im Wesentlichen aus einer Quelle 1 für Teilchenstrahlen, einem Energiefilter 2 für Teilchen bestimmter Energie, einer Einrichtung 3 zur Homogenisierung sowie Kollimation des Teilchenstrahles, dem Körper 4, einem Faraday-Cup-Elektrometer 5 und einem Datenverarbeitungssystem 6.
Die Fig. zeigt eine Einrichtung zur Beeinflussung eines Körpers aus einem biologischem Gewebe durch Bestimmung der im Körper deponierten Dosis geladener Teilchen in einer prinzipiellen Darstellung.
Im Strahlengang nach der Quelle 1 für Teilchenstrahlen sind nacheinander der Energiefilter 2 für Teilchen bestimmter Energie, die Einrichtung 3 zur Homogenisierung sowie Kollimation des Teilchenstrahles, der Körper 4 und das Faraday-Cup-Elektrometer 5 angeordnet. Der Energiefilter 2 und das Faraday-Cup-Elektrometer 5 sind mit dem Datenverarbeitungssystem 6 zusammengeschaltet.
Mit dem Datenverarbeitungssystem 6 wird aus der vom Faraday-Cup-Elektrometer 5 gemessenen Ladung die Anzahl der Teilchen ermittelt. Das Faraday-Cup-Elektrometer 5 besteht im Wesentlichen aus einem genügend grossen Metallblock. Die den Energiefilter durchlaufenden, geladenen Teilchen werden darin gestoppt. Die Ladung wird mit einer geeigneten Elektronik verstärkt und als Strom abgeführt. Die Spannung zwischen dem Metallblock und einer Hülle (Masse) liefert bei bekannter Kapazität die im Block deponierte Gesamtladung.
Darüber hinaus wird aus der Energie der Teilchenstrahlung und der Anzahl der Teilchen der Energieverlust der Teilchen und daraus folgernd die im Gegenstand deponierte Dosis in Echtzeit ermittelt.
Der Körper 4 ist ein Körper 4 aus einem biologischen Gewebe. Dabei wird über die den Körper 4 durchdringenden Teilchen auf deren applizierte Dosis in Echtzeit geschlossen.
Die Quelle 1 der beschleunigten Teilchenstrahlen ist eine gepulste Quelle von elektromagnetischen Strahlen und ein Target. Die gepulste Quelle von elektromagnetischen Strahlen und das Target sind dabei so angeordnet, dass durch das Auftreffen der gepulsten elektromagnetischen Strahlen auf das Target gepulste beschleunigte Teilchenstrahlen vom Target abstrahlen. Die Quelle von elektromagnetischen Strahlen ist vorzugsweise ein gepulster Laser.

Claims

Einrichtung zur Beeinflussung eines Körpers (4) aus einem biologischem Gewebe durch Bestimmung der im Körper (4) deponierten Dosis geladener Teilchen in Echtzeit, mit – einer gepulsten Quelle von elektromagnetischen Strahlen und einem Target als Quelle (1) für Teilchenstrahlen, wobei durch das Auftreffen der gepulsten elektromagnetischen Strahlen auf das Target gepulste Teilchenstrahlen vom Target abstrahlen, – einem Energiefilter (2) für Teilchen bestimmter Energie, dem Körper (4) und einem Faraday-Cup-Elektrometer (5) im Strahlengang nach der Quelle (1) für Teilchenstrahlen, – einem mit dem Energiefilter (2) und dem Faraday-Cup-Elektrometer (5) zusammengeschalteten Datenverarbeitungssystem (6), womit aus der mit dem Faraday-Cup-Elektrometer (5) gemessenen Ladung der den Körper (4) durchquerten Teilchen die Anzahl der Teilchen und der mit dem Energiefilter (2) gewählten Energie der Teilchen und der Teilchenstrahlung der Energieverlust der Teilchen und daraus folgernd die im Körper (4) deponierte Dosis in Echtzeit ermittelt wird.
Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang nach dem Energiefilter (2) eine Einrichtung (3) zur Homogenisierung und Kollimation des Teilchenstrahles angeordnet ist.