DE2164209B2 - Betatron - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Betatron zur Bestrahlung von Patienten mit Elektronen, deren Energie im unteren Bereich der einstellbaren Beschleunigungsenergie liegt, mit einem in das Strahlenbündel einsetzbaren Filter zur Homogenisierung der Dosisverteilung im Strahlenbündel.

Bei den heute gebräuchlichen Betatrons liegt die minimal einstellbare Elektronenenergie aus injektionstechnischen Gründen bei 5 MeV. In der Dermatologie sind aber zur Behandlung von Veränderungen der Haut Elektronenenergien von 2 bis 5 MeV erwünscht. Der Einsatz solcher Beschleuniger in der Dermatologie ist daher bisher an dieser Begrenzung gescheitert. Da die Eindringtiefe der Elektronen mit ihrer Energie zunimmt (etwa 0,5 cm je 1 MeV), dringen die Elektronen bei Energien von 5 MeV und mehr zu tief in den Körper des Patienten ein und schädigen dabei das tiefer liegende gesunde Gewebe, aus dem heraus sich später die Oberflächenschichten regenerieren müssen, zu stark. Erwünscht ist eine gleichmäßig hohe Strahlendosis an der Hautoberfläche, die sich in wenigen Millimetern Tiefe im Bereich der Lederhaut noch etwas steigert, um dann zu den tieferen Schichten hin steil abzufallen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einsatzbereich von Elektronenbeschleunigern an die Erfordernisse auf dem Gebiet der Dermatologie anzupassen, insbesondere aber die Bestrahlung mit Elektronen geringerer Energie als 5 MeV zu ermöglichen. Dabei sollte möglichst unter der Hautoberfläche eine höhere Dosisleistung applizierbar sein als an der Hautoberfläche.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Homogenisierung des Strahlenbündels und zur gleichzeitigen definierten Reduzierung der Elektronenenergie in Strahlenrichtung unmittelbar hinter dem Austrittsfenster der Beschleunigungsröhre gegeneinander austauschbare Absorptionskörper aus einem Material niedriger Ordnungszahl, deren Dichte nahe bei 1 liegt und deren Dicke in Abhängigkeit von der Differenz der durch die Injektion der Elektronen gegebenen minimalen Austrittsenergie der aus der Beschleunigungsröhre austretenden Elektronen und der gewünschten Bestrahlungsenergie bestimmt ist, in den Strahlengang eingebracht sind. Die aus einer solchen Bauweise resultierenden Tiefendosiskurven haben einen Tiefenverlauf, wie er z.B. für die Dermatologie notwendig erscheint: Gleichmäßiger Dosisverlauf an der Haatoberfläche, maximale Dosis in einigen Millimetern Tiefe, steiler Dosisabfall in großer Tiefe. Durch die fokusnahe Anbringung der Absorptionskörper ist die durch sie erzeugte Sekundärstrahlung an der Hautoberfläche vernachlässigbar. Versuche, bei denen Absorptionskörper am Patienten angebracht worden sind, hatten nicht den gewünschten Erfolg, weil die Strahlendosis an der Hautoberfläche in unerwünschter Weise durch die im Absorptionskörper entstehenden Sekundärelektronen erhöht worden war. Ein weiterer Vorteil dieser Bauweise ist es, daß die Absorptionskörper gleichzeitig als Filter für die Aufstreuung und Homogenisierung des Strahlenfeldes dienen und so zusätzliche Filter, die die Dosisleistung nur herabsetzen würden, entbehrlich machen. Bei einer Austrittsenergie der Elektronen von 5MeV am Austrittsfenster der Beschleunigungsröhre erweisen sich Absorptionskörper aus Paraphin, Polyäthylen oder Polystyrol mit Schichtstärken von 2,5 bis 5 mm zur Reduzierung der Elektronenenergie um 1 MeV als besonders günstig. Schließlich ist es ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung, daß die Absorptionskörper auch nachträglich an fertigen Beschleunigern angebracht werden können.

Zwar ist es durch einen in der »Strahlentherapie« (Band 92, Heft 4, 1953) erschienenen Aufsatz »Die physikalischen Eigenschaften der Strahlenbündel der 15MeV Elektronenschleuder der Siemens-Reiniger-Werke« von K. Gind und R. Schittenhelm bekannt, den aus der Beschleunigungsröhre austretenden Elektronenstrahl durch Einbringung eines Filters in den Strahlenkegel zu homogenisieren. Hierbei ist es auch bekannt, daß durch diesen Filterkörper zugleich auch die Energie der Elektronen reduziert wird und die Strahlendosisleistung vermindert wird. Durch diese gleiche Druckschrift ist es schließlich auch bekannt, verschiedene Filterkörper nach Art einer Kette aneinanderzuhängen, um sie wahlweise je nach dem gewünschten Grad der Homogenisierung, d.h. nach dem Durchmesser des Bereichs des Strahlenkegels, in dem dieser eine konstante Dosisleistung pro Flächenelement appliziert vor das Austrittsfenster der Beschleunigungsröhre zu ziehen. Ferner ist durch den Aufsatz von C. E. Hall »Introduction to electron microscopy«, New York, London, Toronto 1953, S. 260 bis 265 die Abhängigkeit der Absorption von beschleunigten Elektronen von der Dicke und Ordnungszahl verschiedener Absorbermaterialien bekannt. Schließlich können aus den vom VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften Berlin gedruckten »Tabellen der Elektronenphysik, !onenphysik und Übermikroskopie« von Manfred von A r d e η η e die Reichweiten der Elektronen in Substanzen unterschiedlicher Dichte in Abhängigkeit ihrer Energie abgelesen werden. Diese drei Veröffentlichungen nehmen jedoch keinerlei Bezug zur Optimierung der Strahlenqualität eines Elektronenbeschleunigers an die Erfordernisse der Strahlentherapie im Bereich der Dermatologie.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung

weiden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert Es zeigt:

Fig. 1 ein Betatron in symbolischer Darstellung, mit einem in den Strahlengang eingesetzten Absorptionskörper und

Fig.2 eine Anordnimg, mit der kettenförmig aneinander gehängte Absorber unterschiedlicher Dicke vor dem Austrittsfenster der Beschleunigungsröhre transportierbar sind.

In der F i g. 1 sind mit 1 eine Beschleunigungsröhre und mit 2 der Magnet eines an sich bekannten Betatrons bezeichnet Dem Austrittsfenster 3 der Beschleunigungsröhre, dem der Durchlaß 4 in der Strahlenabschirmung 5 zugeordnet ist, ist ein Absorptionskörper 6 vorgeschaltet Durch diesen Durchlaß 4 kann der mit einem Pfeil 7 symbolisierte Elektronenstrahl aus dem Beschleuniger austreten. Dabei erleidet der Elektronenstrahl in dem das Fenster abdeckendec Absorptionskörper 6 eine Streuung. Er wird, wie durch die beiden Pfeile 8 und 9 angedeutet ist aufgestreut Zugleich wird auch seine Elektronenenergie reduziert Bei der Wahl einer Beschleunigungsenergie von beispielsweise 5 MeV und der Verwendung von 10 mm starkem Acrylglas als Absorptionskörper wird die Elektronenenergie in dem durch die Pfeile 7 bis 9 symbolisierten Strahlenbündel auf 3MeV reduziert Bei der Verwendung dickerer Absorptionskörper kann eine stärkere Reduzierung der Energie des Elektronenstrahles erreicht werden. Infolge der geringen Ordnungszahl und Dichte des Materials des Absorptionskörpers werden im Absorptionskörper verhältnismäßig wenig Röntgenquanten und Sekundärelektronen erzeugt Da der Absorptionskörper aber zusätzlich so weit wie möglich vom Patienten entfernt dh.so nahe wie möglich an dem Austrittsfenster der Beschleunigungsröhre angebracht ist ist deren Anteil an der Gesamtstrahlung infolge des l/v²-Gesexzes am Ort des zu bestrahlenden Objektes ncsh weiter abgesunken. Bei dem in der F i g. 2 gezeichneten Beispiel ist der Elektronenaustrittsteil 10 eines Betatrons mit dem Austrittsfenster 11 dargestellt an welchem dicht die Kette 12 vorbeigeführt wird, die aus Streukörpern a bis k aus verschiedenen Stoffen und/oder unterschiedlich dicken Körpern zusammengesetzt ist Diese Kette 12

i§^ kann mittels des mit Stufenrastern gekoppelten Drehknopfes 13 von der Trommel 14 auf die Trommel 15 abgewickelt werden, die über die Antriebskette 16 mitgedreht wird. Die Streukörper a bis k haben verschiedene Dicke und werden dabei nacheinander in die Elektronenstrahlung 17 eingeschaltet. Der Zeiger 18 kennzeichnet dabei auf einer zugeordneten Skala A bis K den gerade in den Strahlengang eingeschalteten Streukörper a bis k. Diese werden durch den außerhalb des Strahlendurchtritts liegenden Halterungsbügel 19 in Position gehalten. Man kann dann z. B. bei einer Grundstrahlung von 5 MeV durch die Körper a bis k, die sich in ihrer Absorberwirkung unterscheiden, in einem weiteren Energiebereich von 5 bis 2 MeV unter optimalen Bedingungen einstellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Betatron zur Bestrahlung von Patienten mit Elektronen, deren Energie im unteren Bereich der einstellbaren Beschleunigungsenergie liegt, mit s einem in das Strahlenbündel einsetzbaren Filter zur Homogenisierung der Dosisverteilung im Strahlenbündel, dadurch gekennzeichnet, daß zur Homogenisierung des Strahlenbündels (7,8,9) und gleichzeitigen definierten Reduzierung der Elektronenenergie in Strahlenrichtung unmittelbar hinter dem Austrittsfenster (3) der Beschleunigungsröhre (1) gegeneinander austauschbare Absorptionskörper (6) aus einem Material niedriger Ordnungszahl, deren Dichte nahe bei 1 liegt und deren Dicke in Abhängigkeit von der Differenz der durch die Injektion der Elektronen gegebenen minimalen Austrittsenergie der aus der Beschleunigungsröhre austretenden Elektronen und der gewünschten Bestrahlungsenergie bestimmt ist, in den Strahlengang eingebracht sind.

2. Betatron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Absorptionskörper unterschiedlicher Art, insbesondere unterschiedlicher Dicke, kettenförmig aneinander gehängt sind und über einen Antrieb einzeln vor dem Strahlenaustrittsfenster vorbeiführbar sind