DE2029005A1 - Anordnung zur Strahlen insbesondere Neutronenstrahltherapie - Google Patents

Description

• Anordnung zur Strahlen- insbesondere Neutronenstrahltherap ie Neben der Therapie mit Gamma- und Eleketronenstrahlen hat neuerdings die Neutronenstrahltherapie an medizinischem Interesse gewonnen.
• Hauptaufgabe dieser Strahlentherapien ist es, Krankheits herde -z,B. bösartige Geschwulste - zu zerstören, wobei Haut und umgebendes Gewebe bestmöglich zu schonen sind.
• Diese Sohonung wird einmal durch eine geeignete Verteilung der Tiefendosis angestrebt, wonach ein möglichst hoher Anteil der Strahlungsenergie im Krankheitsherd vernichtet wird, zum anderen soll durch Schwenken des Strahles oder Bewegen des Patienten die Hauptbelastung sowie die Bela stung des den Krankheitsherd umgebenden Gewebe herabge Bei den bekannten Bestrahlungseinrichtungen, Gnmmatron, Betatron und Linearbeschleuniger,wird die Strahles quelle - z,B. ein Kobaltstrahler bzw. der Elektronenbeschleuniger - in einem Winkel von ca. 180° um die angenäherte Längsachse des Patienten herumgeschwenkt, so daß die Achse des Strahlenbündels immer den KrankEeitsherd trifft. Dabei wird zwar die spezifische Belastung von gesunder Haut und gesundem Gewebe verringert, andererseits aber ein größerer Teil des Körpervolumens dem Strahleneinfluß ausgesetzt, als wenn der Strahl nur aus einer Richtung kommt. Ein ähnlicher Effekt entsteht, wenn man den Patienten mit seinem Bett, z.B. translatorisch-auf einer Kreisbahn relativ und synkron zu einem geschwenkten Strahl bewegt. Sowohl bi Bewegung des Strahles als auch des Patientenbettes besteht aber eine zusätzliche ungünstige psychische Einwirkung auf die zum Teil schwerkranken Patienten, sei es durch die Bewegung der über ihm hängenden schweren Massen oder die ungewohnte Bewegung des Bettes, die sich auch dann nachteilig bemerkbar macht, wenn die Bewegungen langsam verlaufen.
• Bei Neutronengeneratoren mit für Therapiezwecke ausreichender Intensität (z.B, d-T-Generatoren) ist die Bestrahlung des Patienten aus mehreren Richtungen mit großen Problemen behaftet. Dies ist dadurch bedingt, daß dieeBeschleuniger, mit welchen durch Ionenstrahlenbeschuß eines Targets auf indirektem Wege Neutronen erzeugt werden wegen ihrer Ausmaße und ihres Gewichtes praktisch nicht mehr geschwenkt werden können.
• Daher wird bei bekannten Anlagen der Ionenstrahl, gegebenenfalls nach Bündelung durch einen Fokussierungsmagneten, in meist horizontaler Richtung auf ein Target geleitet, hinter welchem, durch einen Kollimator ausgeblendet, ein Neutronenstrahl definierten Querschnittes für die Therapiezwecke zur Verfügung steht. Darartige Bestrahlungseinrichtungen werden zurzeit noch in der Praxis vorwiegend benutzt. Dabei würde der horizontal verlaufende Neutronenstrahl z,B, bei seitlicher Anstrahlung des Schädels günstig für die Behandlung von Gehirntumoren sein; für die Behandlung von Geæchwülsten in der Brust- oder Leibeshöhle is- die Strahlrichtung aber weniger günstig, da eine stärkere Schicht gesunden Gewebes durchstrahlt werden muß.
• Es ist daher auch bekannt geworden, den Strahl durch einen 90°-Magneten in einen unter dem Horizontal strahl-Therapieraum liegenden Raum umzulenken, wo er, aus der Denke kommend, nach Fokussierung auf ein Target-Kollimatorsystem geleitet wird. Diese bekannte Anordnung hat aber den Nachteil, daß ein weiterer Raum benötigt wird, der oft gar nicht oder nur mit großen Kosten erstellt werden kann. Auch bedingt die Therapiebehandlung in zwei Räumen einen größeren Aufwand an tJberwachungspersonal sowie Schutz - und Messeinrichtungen. Hinzu kommt, daß während einer Strahlungssitzung eine Bestrahlung aus verschiedenen Richtungen nicht möglich ist, da der Patient jeweils über den Fahrstuhlin den sweiten Behandlungsraum transportiert werden muß.
• Die vorgenannten Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Anordnung zur Strahlen- insbesondere Neutronentherapie mit einem Ionenbeschleuniger, dessen zumindest annähernd horizontal in den Behandlungsraum austretender Strahl -entweder unmittelbar auf den Patienten oder im Fall der Neutronenstrahltherapie auf ein die Strahlneutronen erzeugendes Target gerichtet wird, vermieden.
• Dies gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß im Verlauf des horizontalen Strahles ein erster Ablenkmagnet angeordnet ist, der im eingeschalteten Zustand den Ionenstrahl aus der Horizontalen ablenkt und daß im Verlauf des so umgelenkten Strahles mindestens ein weiterer Ablenkmagnet angeordnet ist, der den IonenstraMl in einen zumindest annähernd vertikalen kanal innerhalb des Behandlungsraumes führt, der im Fall der Neutronenstrahltherapie ebenfalls durch ein die Neutronen erzeugendes Target abgeschlossen ist.
• Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung kann dadurch der Strahl nach Wahl innerhalb desselben Behandlungsraumes in einen horizontalen oder vertikalen Kanal geleitet werden, so daß in einem einzigen Behandlungs raum Neutronenstrahlen aus waagerechter und senkrechter Richtung zur Verfügung stehen, die, ferngesteuert, auch während einer Strahlungssitzung gewechselt werden können, womit praktisch der gleiche Effekt wie bei schwenkenden Strahlen, erreicht wird.
• Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, die sich auf die Neutronenstrahltherapie beziehen, wird die Erfindung näher erläutert.
• Es soll zunächst das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 beschrieben werden.
• Von einem in einem Beschleunigerraum 1 untergebrachten, nicht dargestellten Ionenbeschleuniger bekannter Art, wird ein Ionenstrahl 2 erzeugt, der durch die Betonwand 3, die den Beschleunigerraum von dem Behandlungsraum trennt, mittels eines Strahlrohres 4 in den Behandlungs raum geleitet wird. Dort trifft der horizontale Strahl auf einen ersten Umlenkmagneten 5, der in horizontaler Richtung ein Strahlaustrittsrohr 6 besitzt, und der im eingeschalteten Zustand den Horizontal strahl um 90° nach oben umlenkt Ist der Magnet 5 nicht eingeschalS tet, so trifft der aus dem Strahlrohr 6 austretende Strahl auf einen Kollimator 7, und endet am Target 8 hinter dem die Neutronen zur Behandlung des Patienten austreten; Dem Ablenkmagneten 5 sind zwei weitere 90°-Ablenkmagnete 9, 10 nachgeschaltet, wobei der Strahl, wenn erforder lich, durch StrahlkorrelEurmagnete 11, z.B Dipole in seiner Querschnittsform korrigiert wird.
• Dem Ablenkma;ne-ten lo ist ähnlich wie im Falle des horizontalen Strahles ein Kollimator 12 nachgeschaltet, in dem sich ebenfalls ein Target 13 befindet, an dem der Ionenstrahl 2 endet und von dem aus ein Neutronenstrahl senkrecht nach unten austritte Der Patient 14 befindet sich auf einem Bett 15, das horizontal mittels Rollen verschiebbar ist, sowie in der Höhe und in der horizontalen Achse einstellbar ist.
• Der Strahlenverlauf - horizontal oder vertikal - hängt also einmal von dem unerregten oder erregten Zustand des ersten 90°tMagneten 5 ab. Ist dieser ausgeschaltet, so kann ein horizontaler Strahl auf den Patienten 14 gerichtet werden, ist er dagegen eingeschaltet, ebenso wie die weiteren Umlenkmagneten 9 und 10 so kann ein vertikaler Strahl auf den Patienten gerichtet werden, wobei dieser Zustand innerhalb einer Strahlungssitzung geändert werden kann. Beim Abschalten des Magneten 5 muß jedoch für die Beseitung des remanenten Magnetfeldes Sorge getragen werden, was beispielsweise durch Einschaltung einer Zusatzwicklung erfolgen kann,die durch ein Gegenfeld oder ein Wechselfeld das remanente Feld löscht.
• Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 durch eine andere Führung des abgelenkten Strahles. Anstelle des 90°~Magneten 5 nach Figur 1 ist ein 450-Magnet 5' vorgesehen; der unter 450 nach oben abgelenkte Ionenstrahl wird dann mit Hilfe eines 1350-Magneten 16 in die Vertikale umgelenkt. Die Angaben der Gradzahl, sind dabei, ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1, als ca.-Werte zu betrachten, sie können natürlich innerhalb der gegebenen Grenzen von den Angaben abweichen. Im übrigen ist das Ausführungsbeispiel nach Figur 2in gleicher Weise wie das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 aufgebaut, wenn man von der Einsparung eines Quaddrupolmagneten 11 einmal absieht.
• In Abwandlung der Ausführung nach Figur 2 ist auch eine Ausführungsform denkbar, bei der anstelle des 135°-Magneten 16 zwei Magnete vorgesehen sind, nämlich ein 45°-Magnet und ein 90°-Magnet.
• Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 1 als auch bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 einschließlich der Abwandlung kannt die Anordnung so getroffen werden, daß die Kollimatoren 7 bzw. 12 verstellbar angeordnet sind. Eine derartige Anordnung ist in Bezug auf das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 in Figur 3 dargestellt. Der Kollimator 7 ist auf einem Wagen 17 verschiebbar gelagert, wobei in dem Strahlzuführungsrohr Kompensationsbalgen oder Teleskopführungen 19 vorgesehen sind. Ganz entsprechend ist bezüglich des vertikalen Strahles vor dem Kollimator 12 ein Kompensationsbalgen bzw. Teleskopführung 18 eingeführt, die ein Verstellen des Kollimators 12 längs der Strahlachse gestattet. Eine derartige Zusatzeinrichtung ist im allgemeinen erforderlich, wenn während einer einzigen Bestrahlungssitzung der Neutronenstrahl sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung appliziert werden soll, wozu die Targets 8 und 13 sowie die Kollimatoren 7 und 12 in eine durch die Körperproportionen des Patienten und die Lage des Krankheitsherdes vorgegebene definierte Lage zueinander gebracht werden müssen.
• Darüberhinaus kann die tage des -Patienten relativ zur horizontalen und vertikalen Achse der Neutronenstrah~ len durch die einstellbare Höhe des Bettes 15, durch die Wahl der Neigung des Bettes und seiner Position im Behandlungsraum beeinflußt werden.
• In einer weiteren Variante können die Magnete auch kantenfokussierend ausgeführt sein. Ferner können sie als eisenlose Spulen mit supraleitendem Beitermaterial ausgebildet werden. In beiden Fällen erhält die Gesamtmagnetanordnung ein geringeres Gewicht und wird außerdem räumlich erheblich kleiner.
• In den Ausführungsbeispielen ist angedeutet, daß die Magnete bzw. in dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 auch der Kollimator 7 fest mit den umgebenden Betonwänden verbunden ist. Grundsätzlich ist es denkbar, eine derartige Magnetanordnung auch bewegbar anzuordnen, insbesondere, wenn man die vorgehend erwähnte Ausbildung mit supraleitendem Beitermaterial berücksichtigt.
• Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß sich die beschriebenen Einrichtungen nicht nur für die Neutronenstrahltherapie eignen, sondern nach Ersetzen der Targets durch eine dünne Folie auch für die Ionenstrahltherapie verwenden lassen.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Anordnung zur Strahlen- insbesondere Neutronenstrahltherapie mit einem Ionenbeschleun erX dessen zumindest annähernd horizontal in den Behandlungsraum austretender Strahl entweder unmittelbar auf den Patienten oder im Fall der Neutronenstrahltherapie auf ein die Strahlneutronen erzeugendes Target gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf des horizontalen Strahles ein erster Ablenkmagnet (5) angeordnet ist, der im eingeschalteten Zustand den Ionenstrahl (2) aus der Horizontalen ablenkt und daß im Verlauf des so umgelenkten Strahles mindestens ein weiterer Äblenkmagnet (9, 10, 16) angeordnet ist, der den-lonenstrahl in einen zumindest annähernd vertikalen Kanal innerhalb des Behandlungsraumes führt, der im Fall der Neutronenstrahltherapie ebenfalls durch ein die Neutronen erzeugendes Target (13) abgeschlossen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ablenkmagnet (5) ein 90°-Magnet ist, dem zwei 900-Magnete (9,10) zur Umlenkung des Strahles in die Vertikale nachgeschaltet sind (Figur 1).

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ablenkmagnet ein 45°~Magnet (5) ist, dem ein 135 0-Magnet (16) zur Umwandlung des Strahles in die Vertikale nachgeschaltet ist (Figur 2).

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Umlenkmagnet ein 45°-Magnet ist, dem ein 45°~Magnet und ein 90 0-Magnet nachgeschaltet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl am Ende des horizontalen als auch des vertikalen Kanals Kollimatoren (7, 12) angeordnet sind, in denen sich im Falle einer Ionenbestrahlung Folien, im Falle der Neutronentherapie die Targets (8, 13) befinden,

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatoren (7. 12) einschließlich der Targets bzw. Folien in Richtung ihrer Strahlachsen verstellbar (18, 19) angeordnet sind (Figur 3).

7. Anordnung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der den Ionenstrahl in die Vertikale umlenkende Magnet durch Verringerung der Sollerregung den Ionenstrahl um einen Winkel kleiner als den Sollwinkel ablenkt, wobei das Target und der Kollimator durch eine mechanische Schwenkvorrichtung so verstellt werden, daß der Ionenstrahl stets das Target trifft.

8. Anordnung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Umlenkmagnete nicht im Behandlungsraum sondern im Beschleunigerraum (1) untergebracht sind.

9. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeiciinet, daß die Magnete kantenfokussierend ausgebildet sind.

io. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete aus supraleitendem Material aufgebaut sind.