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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätskontrolle für Ionisationsdetektoren, wie sie beispielsweise in einer Partikeltherapieanlage verwendet werden.
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Die Partikeltherapie ist ein etabliertes Verfahren zur Bekämpfung diverser Erkrankungen, insbesondere von Tumorerkrankungen.
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Bei der Applikation des Partikelstrahls muss sichergestellt werden, dass der Partikelstrahl bestimmte Eigenschaften aufweist. Unter anderem werden hierzu Ionisationsdetektoren bzw. Ionisationskammern verwendet, die von dem Partikelstrahl durchstrahlt werden, hierbei Messsignale liefern und auf diese Weise Rückschlüsse auf bestimmte Strahlparameter zulassen. Ionisationsdetektoren können beispielsweise in Regelungsschleifen eingebunden sein.
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Ionisationsdetektoren werden oftmals am Ende einer Hochenergiestrahl-Transportstrecke eingesetzt, beispielsweise in der so genannten BAMS (für engl.: "beam application and monitoring system"), kurz bevor der Partikelstrahl den Strahlauslass verlässt, um auf den Patienten zu treffen.
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Die als MWPC-Detektoren (für engl: "multi wire proportional chamber") bezeichneten Ionisationsdetektoren umfassen mehrere Drahtebenen, eine Hochspannungsebene und zwei Signalebenen, die von ArCO2 umspült werden. Dieses Gasgemisch wird durch z.B. durch Partikelstrahlung ionisiert und die dabei entstehenden Elektronen bzw. Ionen werden durch das elektrische Feld zu den nächstgelegen Drähten beschleunigt. Durch die im Draht entstehenden Ströme ist es nun möglich, z.B. die Position und/oder den Durchmesser des Strahls zu messen.
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Um die Betriebsbereitschaft und Genauigkeit der Ionisationsdetektoren zu gewährleisten, werden sie in einem regelmäßigen Intervall vorsorglich getauscht. Die Wartungskosten bei einem derartigen Vorgehen sind jedoch vergleichsweise hoch.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Qualitätskontrolle von Ionisationsdetektoren bereitzustellen, das einfach und schnell durchzuführen ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch das Verfahren des unabhängigen Anspruchs. Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Qualitätskontrolle eines Ionisationsdetektors umfasst folgende Schritte:
- – Richten von Röntgenstrahlung einer Röntgenquelle auf eine Ionisationskammer des Ionisationsdetektors und Bestrahlung der Ionisationskammer mit der Röntgenstrahlung,
- – Messen eines in der Ionisationskammer durch die Röntgenstrahlung erzeugten Signals,
- – Auswerten des Signals zur Qualitätskontrolle des Ionisationsdetektors.
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Bei dem Verfahren zur Untersuchung von Alterungserscheinungen von Ionisationsdetektoren bzw. -kammern für die Partikeltherapie wird ein Röntgenstrahl verwendet.
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Damit können z.B. Alterungserscheinungen an den in der Partikeltherapie eingesetzten Ionisationsdetektoren (z.B. denjenigen, die in der BAMS verwendet werden) detektiert und somit die Nutzungsdauer der Ionisationsdetektoren bestimmt werden. Damit ist es möglich die Lebensdauer der Detektoren und dadurch die Tauschintervalle genauer zu bestimmen und somit die Häufigkeit und damit Kosten für einen Detektorentausch zu verringern.
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Der Ionisationsdetektor umfasst üblicherweise eine Mehrzahl von Drähten. Das aufgezeichnete Signal kennzeichnet die Spannung oder den Strom, welche(r) in den Drähten durch die Röntgenbestrahlung erzeugt wird. Das Verfahren kann also insbesondere auch für MWPC-Detektoren eingesetzt werden.
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Es wurde dabei erkannt, dass das Gasgemisch im Inneren der Kammer durch verschiedene Ursachen verunreinigt werden kann, wie zum Beispiel durch den fertigungstechnischen Prozess, bei dem mehrere Ebenen im Detektorgehäuse verklebt werden. Diese Verunreinigungen bestehen aus organischen Molekülen, die durch die beschleunigten Ladungsträger gespalten werden. Im Lauf der Zeit kann sich deswegen ein ungewünschter Belag auf den Drahtebenen niederschlagen. Dieser Belag reduziert die Empfindlichkeit im Bereich der betroffenen Drähte und führt zu einer Fehlmessung im Ionisationsdetektor. Beispielsweise kann dies zu Fehlberechnungen der Strahlparameter führen. Letztlich ist dadurch die Lebensdauer der Ionisationskammern begrenzt.
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In der Partikeltherapie wird beispielsweise eine regelmäßige, z.B. tägliche, Qualitätssicherung durchgeführt. Hier wird oftmals eine große, scharf begrenzte Dosis in der Detektormitte appliziert, und in diesem Bereich kann dann die Belagbildung des Detektors besonders groß werden.
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Mit dem Verfahren kann nun auf einfache Weise mithilfe von Röntgenstrahlung überprüft werden, ob der Ionisationsdetektor noch korrekt funktioniert.
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Hierzu kann die Qualitätskontrolle durchgeführt werden, indem das aufgezeichnete Signal gegen ein Referenzsignal bzw. einen Referenzwert verglichen wird. Das Referenzsignal bzw. die Referenzwerte können beispielsweise von einem neuen, nicht geschädigten Ionisationsdetektor stammen und in einer Datenbank hinterlegt sein.
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Die Qualitätskontrolle kann ebenso durchgeführt werden, indem für unterschiedliche Drähte jeweils ein Signal aufgezeichnet wird, und in dem die Signale dann gegeneinander verglichen werden. Damit können die Signale der einzelnen Drähte – beispielsweise die gemessenen Rohdaten – miteinander verglichen werden. Auch hierüber kann eine Empfindlichkeitsreduktion einzelner Drähte ermittelt und analysiert werden.
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Die von der Röntgenquelle ausgesendete Röntgenstrahlung kann einen Strahlenkegel umfassen, der derart bemessen ist, um die gesamte Ionisationskammer auszuleuchten. Dabei wird also der gesamte Detektorraum vollständig mittels Röntgenstrahlung bestrahlt.
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Alternativ ist es möglich, dass die von der Röntgenquelle ausgesendete Röntgenstrahlung einen Strahlenkegel umfasst, der lediglich einen Teil der Ionisationskammer ausleuchtet. Zur Qualitätskontrolle wird dann bei der Bestrahlung der Ionisationskammer mit Röntgenstrahlung eine Relativbewegung zwischen der Ionisationskammer und der Röntgenquelle durchgeführt. Hierdurch scannt der Strahlenkegel, beispielsweise ein fächerförmiger Strahlenkegel, über den Detektorraum. Es findet also eine Abrasterung des Detektorvolumens mit einem fein fokussierten Röntgenstrahl statt. Damit ist eine noch gezieltere Untersuchung möglich.
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Bei einem Ionisationsdetektor, der in einer Partikeltherapieanlage zur Überwachung von Strahlparametern eines in der Partikeltherapieanlage erzeugten Partikelstrahls verwendet wird, kann für die Erzeugung der Röntgenstrahlung eine diagnostische Röntgenquelle einer in der Partikeltherapieanlage eingesetzten Röntgen-Bildgebungsvorrichtung verwendet werden. Derartige z.B. für die Positionsüberwachung eines Patienten eingesetzten Bildgebungsvorrichtungen, sind oftmals im Behandlungsraum installiert. Da sich die BAMS, in der die Ionisationsdetektoren verwendet werden, auch im Behandlungsraum befindet, kann die Qualitätsüberprüfung des Ionisationsdetektors vor Ort innerhalb kürzester Zeit durchgeführt werden. Der Detektor muss nicht eigens zur Untersuchung in aufwändiger Weise an ein Labor verschickt werden.
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Falls dann bei der Untersuchung eine Relativbewegung zwischen Detektor und Röntgenquelle durchgeführt werden soll, kann in einer Partikeltherapieanlage eine Patientenliegen-Positioniervorrichtung und/oder eine Positioniervorrichtung für eine Röntgen-Bildgebungsvorrichtung verwendet werden.
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So kann beispielsweise der zu prüfende Detektor auf der Patientenliege positioniert werden, und die Relativbewegung kann durch eine einfache Programmfahrt der Patientenliege und/oder der Bildgebungsvorrichtung realisiert werden.
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Insgesamt kann die Betriebsbereitschaft und die Genauigkeit der Detektoren gewährleistet werden. Es ist nicht mehr notwendig, die Detektoren in einem regelmäßigen Intervall vorsorglich zu tauschen, da diese nun vor Ort geprüft werden können.
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Beide Verfahren können auch genutzt werden, um schnell und kostengünstig die Isozentrums-MWPC, die für die täglichen QA-Routinen verwendet wird, zu überprüfen. Eine Homogenitätsmessung der Röntgenstrahlung ist z.B. mittels Röntgenfilm möglich.
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:
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1 eine Darstellung einer ersten Variante des Verfahrens zur Qualitätskontrolle eines Ionisationsdetektors,
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2 eine Darstellung einer zweiten Variante des Verfahrens zur Qualitätskontrolle eines Ionisationsdetektors, und
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3 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens.
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Um die verringerte Sensitivität der Drähte eines Ionisationsdetektors 11 durch Ablagerungen zu untersuchen, wird die im Behandlungsraum an einem Roboterarm 13 montierte Röntgenanlage 15, im folgenden Robot-Imager genannt, verwendet, wie in 1 dargestellt.
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Durch den auf die Ionisationskammer 17 des Ionisationsdetektors fokussierten Röntgensstrahl 19 des Robot-Imagers 15 wird das Gas im Detektor ionisiert. Die Ionen werden zu den Signaldrähten hin beschleunigt und erzeugen ein Signal in den entsprechenden Drähten, die gemessen und untereinander verglichen werden können.
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In dem in 1 gezeigten Beispiel findet eine vollständige Bestrahlung des gesamten Detektorraums mittels Röntgenstrahlung 19 statt. Der Ionisationsdetektor 11 selbst ist dabei auf der Patientenliege 21 gelagert, die ihrerseits von einem Roboterarm 23 positioniert wird. Der Ionisationsdetektor 11 kann in der BAMS, die sich im Strahlauslass 25 befindet, verwendet werden.
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2 illustriert die Ausführungsvariante, bei der das Detektorvolumen 17 partiell ionisiert und mit einem fein fokussierten Röntgenstrahl 19 abgerastert wird. Die hierzu erforderliche Relativbewegung zwischen Ionisationsdetektor 11 und Röntgenröhre der Röntgenanlage 15 wird durch einfache Programmfahrt des Robot-Imagers oder der Patientenliege 21, die ihrerseits von einem Roboterarm 23 positioniert wird, realisiert.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens.
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Zu Beginn wird der zu untersuchenden Ionisationsdetektor auf der Patientenliege positioniert (Schritt 41).
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Anschließend wird die Bildgebungsvorrichtung derart positioniert, dass von der Röntgenquelle der Bildgebungsvorrichtung ein Röntgen Strahlenkegel auf den Ionisationsdetektors gerichtet werden kann (Schritt 43).
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Dabei kann der gesamte Detektorraum ausgeleuchtet werden, wie in 1 dargestellt, oder nur ein Teil des Detektorraums, wie in 2 dargestellt, verbunden mit einer Abrasterung des Detektorraums durch eine gezielte Programmfahrt der Patientenliege oder der Bildgebungsvorrichtung in entsprechender Richtung (Schritt 45).
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Anschließend werden von den einzelnen Drähten des Detektors Signale gemessen und ausgewertet (Schritt 47).
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Es kann ein Vergleich der Signale mit einem Referenzsignal oder mit Referenzwerten durchgeführt werden, die z.B. von einem neuen Detektor stammen, der keine Verschleißerscheinungen aufweist (Schritt 49).
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Alternativ und/oder zusätzlich können die Signale der einzelnen Drähte untereinander verglichen werden, um so gezielt Informationen über ein Fehlfunktionieren einzelner Drähte zu bekommen (Schritt 51).
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Falls die Prüfung erfolgreich verlaufen ist, kann der Ionisationsdetektor weiterhin verwendet werden. Andernfalls kann er gezielt nur dann ausgetauscht werden, wenn es tatsächlich notwendig ist (Schritt 53).
