DE2730985A1

DE2730985A1 - Bestrahlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2730985A1
Application number: DE19772730985
Authority: DE
Inventors: Guy Azam; Claude Perraudin
Original assignee: CGR MEV SA
Current assignee: CGR MEV SA
Priority date: 1976-07-09
Filing date: 1977-07-08
Publication date: 1978-01-12
Also published as: FR2357989A1; DE2730985C2; JPS58110900U; CA1090484A; JPS538500A; US4134017A; FR2357989B1; GB1571959A

Description

Dipl.-tng. Dtpl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse

8 München 60

C.G.R. MeV 6. Juli 1977 Route de Guyancourt

78530 BUC / Frankreich

Unser Zeichen: C 3HO Bestrahlungsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bestrahlungsvorrichtung, bei der ein Bündel beschleunigter geladener Teilohen angewendet wird.

Die Bestrahlungsbündel müssen allgemein, insbesondere aber bei der Verwendung in der Radiotherapie, bestimmte Eigenschaften aufweisen, unter anderem die folgenden wiohtigen Eigenschaften:

- sie müssen genau definierte Dimensionen und eine genau definierte Energie haben;

- sie müssen in bezug auf das zu behandelnde Ziel oder die zu behandelnde Zone genau zentriert sein;

- sie müssen homogen sein;

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- sie müssen eine vorbestimmte Ausrichtung haben.

Wenn es sich bei dem Bestrahlungsbündel um ein Elektronenbündel handelt, darf es ferner nicht durch parasitäre Photonen verunreinigt sein, weil dadurch die Verteilung der Bestrahlungsdosis verändert würde, die für eine vorgegebene Behandlung festgelegt ist.

Sie Bestrahlungsgeräte bekannter Art weisen nicht alle diese Eigenschaften gleichzeitig auf; Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Bestrahlungsvorrichtung, welche die zuvor angegebenen Eigenschaften hat und die gegenwärtig vorgeschriebenen Sicherheitsanforderungen erfüllt.

Nach der Erfindung ist eine Bestrahlungsvorrichtung, bei der ein Bündel beschleunigter geladener Teilchen angewendet wird, mit einer Quelle geladener Teilchen, einer Beschleunigungsanordnung für die Teilchen, Fokussiereinrichtungen für das Teilchenbündel, Ablenkeinrichtungen für das Teilchenbündel, die ein stigmatisches und achromatisches magnetisches Ablenkglied enthalten, das aus drei Feldgradient-Elektromagneten gebildet ist, die das einfallende Bündel in einer gegebenen Ebene um einen Winkel ablenken, Energiefiltere inr ic htungen für die Teilchen, ein Heßsystem für die Messung der Strahlendosis, der Zentrierung, der Homogenität und der Ausrichtung des Bestrahlungsbündels und mit einem Kollimatorsystem, daduroh gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtung für das vom Beschleuniger kommende Teilchenbündel ein magnetisches Dublett enthält, das duroh einen Eintrittsvierpol und einen Austrittsvierpol gebildet ist, daß ein erstes Zentrierungs-Korrekturglied für das Bündel zwischen den Vierpolen angeordnet ist, und daß die Energiefiltereinrichtung einen metallischen Schirm enthält, der mit einem Auswählsohlitζ versehen und zwischen dem ersten

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und dem zweiten Elektromagnet des Ablenkglieds im Energiebrennpunkt des ersten Elektromagnets angeordnet ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Bestrahlungsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 das magnetische Fokussierungs-Dublett und das zugeordnete Zentrierungs-Korrekturglied,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teils des Zentrierungs-Korrekturglied s,

Fig. 4 eine Stirnansicht des Zentrierungs-Korrekturglieds,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines zweiten Zentrierungs-Korrekturglieds und

Fig. 6 eine Stirnansicht des Zentrierungs-Korrekturglieds von Fig. 5.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Bestrahlungsvorrichtung enthält die folgenden Hauptbestandteile:

- einen Linearbeschleuniger A, der ein Bündel F von beschleunigten Teilchen liefert (bei dem dargestellten Beispiel ein Elektronenbündel);

- ein magnetisches Fokussierungs-Dublett, das aus einem Eintritts-Vierpol Q_E und einem Austritts-Vierpol Q_g gebildet ist;

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- ein erstes Zentrierungs-Korrekturglied C₁, das zwischen den Vierpolen Q_£ und Q_g im Weg des Bündels F angeordnet ist;

- eine rohrförmige magnetische Abschirmung 1, die im Weg des Bündels hinter dem Vierpol Q_g angeordnet ist, wobei die Achse der magnetischen Abschirmung 1 der mittleren Teilchenbahn des Bündels entspricht;

- ein aus drei Elektromagneten E₁, E₂, E, gebildetes Ablenkglied, welches das einfallende Bündel F^ um einen Winkel θ von 270° ablenken kann; hierbei handelt es sich um ein stigmatisches und achromatisches Ablenkglied von an sich bekannter Art (DT-PS 20 44 879);

- einen Schirm 2, der mit einem Auswählsohlitz 13 von einstellbarer öffnung ausgestattet und zwischen den Elektromagneten E₁ und E₂ im Energiebrennpunkt des ersten Elektromagnets E₁ angeordnet ist;

- ein zweites Zentrierungs-Korrekturglied C₂» das am Austritt des Elektromagnets E, des Ablenkglieds angeordnet ist;

- eine magnetische Abschirmplatte 4 aus Weichstahl, die senkrecht zur mittleren Teilchenbahn des aus dem Ablenkglied austretenden Bündels F angeordnet ist und mit einer öffnung 30 für den Durohgang des Bündels F₀ ausgestattet ist;

- ein vierpoliges Ablenksystem 8;

- eine fest mit dem Ablenksystem 8 verbundene und vor diesem angeordnete Abschirmplatte 7 mit einer öffnung 31 für den Durohgang des Bündels;

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- ein Strahlendosis-Meßsystem 10 zur Kontrolle der vom Bündel P_e gelieferten Bestrahlungsdosis sowie der Zentrierung, der Homogenität und der Ausrichtung des Bündels F₀; ein solches Meßsystem ist in der DT-OS 26 04 672.0-33 beschrieben;

- einen Kollimator 11, wie er beispielsweise in der DO)-OS 23 13 010 beschrieben ist.

Die Vierpole Q_E und Q₂ des magnetischen Fokussierungs-Dubletts sind in Fig. 2 dargestellt. Der Eintritts-Vierpol Q_E ist durch vier (nicht dargestellte) Elektromagnete gebildet, denen jeweils ein rotationssymmetrisches Polteil P₁, Pp» P<z» P4 zugeordnet ist, die wiederum jeweils mit einem trapezförmigen Zusatzteil P₁, p₂» P3 bzw. p, ausgestattet sind. Der Austritts-Vierpol Q₃ enthält in gleichartiger Weise vier rotationssymmetrische.Polteile Pc, Pg» Ργ» Pg» denen Zusatzteile pe» Pg» Ργ, P₈ zugeordnet sind.

Das erste Zentrierungs-Korrekturglied C₁ hat kleine Abmessungen. Es erlaubt die Korrektur von Zentrierungsfehlern des Bündels F entlang zwei zueinander senkrechten Achsen xx und yy. Dieses Zentrierungs-Korrekturglied C₁ ist durch zwei Paare von Elektromagneten gebildet, die jeweils Polteile C₁, ο» bzw. ο*, c. haben, die an die Form des vakuumdichten rohrförmigen Kanals 26 angepaßt sind, durch den das Bündel hindurohgeht. In den Figuren 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiels eines Elektromagnets des Korrekturglieds C₁, wie es bei der beschriebenen Bestrahlungsvorrichtung angewendet wird, in Seitenansicht bzw. in Stirnansicht dargestellt. Das Polteil C₁ wird von einem Magnetkern 20 getragen, dem eine Wicklung 21 zugeordnet ist. Der Magnetkern 20 ist fest mit einem Joch 22 verbunden, das an der Wand der Bestrahlungsvorrichtung befestigt werden kann. Die Stellung eines der Polteilpaare (beispielsweise des Polteilpaares C₁, O₂) ist

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in bezug auf die Stellung des anderen Paares einstellbar. Ferner sind die an jedes Wicklungspaar angelegten Spannungen einstellbar, wodurch eine Feinkorrektur der Zentrierung des Bündels F möglich ist.

Als Beispiel für den Raumbedarf des Korrekturglieds C. der dargestellten und beschriebenen Art kann angegeben werden, daß es bei Auslegung für ein Elektronenbündel mit einer Energie von 20 MeV in einem Würfel von 30 mm Seitenlänge untergebracht werden kann.

Die beschriebene Bestrahlungsvorrichtung liefert ein Bestrahlungsbündel, das durch beschleunigte Elektronen gebildet ist. Diese Vorrichtung kann auch zur Lieferung eines Photonenbündels verwendet werden. Zu diesem Zweck ist eine entfernbare Zielplatte 5 (Fig. 1) hinter der magnetischen Abschirmplatte 4 angeordnet. Diese Zielplatte wird von einem Zielplattenträger 6 getragen, der mit einem System 12 verbunden ist, mit welchem die Zielplatte 5 herausgezogen werden kann, wenn die Bestrahlungsvorrichtung ein elektronisches Bestrahlungsbündel liefern soll. Mit der (in einer senkrecht zum Bündel stehenden Ebene erfolgenden) Verschiebebewegung der Zielplatte 5 ist die Änderung der öffnung des Auswählschlitzes 13 in dem Schirm 2 verknüpft. Ein Teil dieses Auswählschirms 2 ist feststehend (nämlich der in Fig. 1 links vom Schlitz 13 liegende Teil), während der andere Teil beweglich und mit dem Rückziehsystem 12 verbunden ist. Wenn die Zielplatte 5 im Weg des austretenden Teilchenbündels F_ liegt, ist der Schlitz 13 breit. Der Schlitz 13 wird automatisch verkleinert, wenn die Zielplatte 5 aus der Bahn des Teilchenbündels F herausgezogen

wird. Ein entfernbares Ausgleichsfilter 9 ist der Zielplatte 5 zugeordnet, so daß es im Weg des Bestrahlungsbündels liegt, wenn auch die Zielplatte 5 ihrerseits im Weg des Bündels F_e angeordnet ist.

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Es ist zu bemerken, daß die rohrförmige magnetische Abschirmung 1, die im Weg des einfallenden Teilchenbündels F₁ vor dem Elektromagnet E₁ angeordnet ist, das einfallende Bündel F^ vor den magnetischen Störeffekten schützt, die von dem zweiten Zentrierungs-Korrekturglied C₂, das auf das austretende Bündel P_ einwirkt, verursacht werden. Ein Ausführungsbeispiel des zweiten Zentrierungs-Korrekturglieds C₂ ist in Pig. 5 und 6 dargestellt. Es enthält zwei Paare von Elektromagneten 15 und 16, die hintereinander angeordnet sind und die Zentrierung des austretenden Bündels in zwei zueinander senkrechten Ebenen bewirken. Jedes Elektromagnetpaar ist in einer Abschirmung untergebracht, die durch zwei Halbschalen aus Weichstahl (Fig. 6) gebildet ist; Jedes Elektromagnetpaar hat zwei Wicklungen 18, 19, in deren Mitte sich Kerne 20, 21 befinden, die in Polteilen 22, 23 enden, die an die Form des vakuumdichten rohrförmigen Kanals 26 angepaßt sind, durch den das Elektronenbündel P_ hindurchgeht. Der rohrförmige Kanal 26 geht durch die magnetische Abschirmung 1 hindurch, die zu diesem Zweck eine Öffnung 27 (Fig. 1) aufweist. Infolge des Vorhandenseins der Abschirmung 1, der Abschirmung 17 (Fig. 6) des Korrekturglieds C₂ und der Abschirmplatte 4 sind das einfallende Bündel F₁ und das austretende Bündel F₀ den Störwirkungen der für den Betrieb der Bestrahlungsvorrichtung angewendeten Magnetfelder nicht ausgesetzt.

Die beschriebene Bestrahlungsvorrichtung liefert ein in geeigneter Weise zentriertes, homogenes Bestrahlungsbündel von genau definierten Abmessungen und mit einer vorbestimmten Strahlendosis. Durch den Auswählschirm 2, dessen Schlitz 13 eine einstellbare öffnung hat, kann ein Elektronenbündel mit genau bestimmter Energie erhalten werden. Ferner kann durch die an den Kanten des Auswählschlitzes erhaltenen Signale die Energie des Bestrahlungsbündels genau kontrolliert werden.

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Es ist noch zu bemerken, daß bei den bekannten Bestrahlungsvorrichtungen zur Erzielung eines Elektronenbündels mit vorbestimmten Abmessungen im allgemeinen diffundierende Folien verwendet werden, die den Nachteil haben, daß sie parasitäre Photonen abgeben, welche die Eigenschaften des Bestrahlungsbündels verändern können. Das bei der beschriebenen Vorrichtung verwendete vierpolige Ablenksystem erlaubt die Erzielung eines Elektronenbündels, das frei von Photonen ist. Ferner kann die durch die Ablenkung bestrichene Zone, die der zu behandelnden Zone entspricht, beträchtliche Abmessungen haben.

Das Ablenksystem 8 kann von der in der DT-OS 27 06 792 beschriebenen Art sein. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der Bestrahlungsvorrichtung ist die Dosismeßeinrichtung 10 zwischen einem Vorkollimator und dem Kollimator angeordnet. Diese Meßeinrichtung bewirkt die Kontrolle der Intensität, der Homogenität, der Zentrierung und der Ausrichtung des Bestrahlungsbündels in der Nähe der zu behandelnden Zone. Derartige Meßeinrichtungen sind in der DT-OS 26 04 672 und in der DT-OS 25 26 116 beschrieben.

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Claims

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dtpl.-Chem. DIpI-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

C.G.R. MeV 6. Juli 1977

Route de Guyancourt

78330 BUC / Frankreich

Unser Zeichen: C 3H0

Patentansprüche

J Bestrahlungsvorrichtung, bei der ein Bündel beschleunigter geladener Teilchen angewendet wird, mit einer Quelle geladener Teilchen, einer Besohleunigungsanordnung für die Teilchen, Fokussiereinrichtungen für das Teilchenbündel, Ablenkeinrichtungen für das Teilchenbündel, die ein stigmatisches und achromatisches magnetisches Ablenkglied enthalten, das aus drei Feldgradient-Elektromagneten gebildet ist, die das einfallende Bündel in einer gegebenen Ebene um einen Winkel ablenken, Energiefiltereinrichtungen für die Teilchen, ein Meßsystem für die Messung der Strahlendosis, der Zentrierung, der Homogenität und der Ausrichtung des Bestrahlungsbündels und mit einem Kollimatorsystem, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtung für das vom Beschleuniger kommende Teilchenbündel ein magnetisches Dublett enthält, das durch einen Eintrittsvierpol (Q.) und einen Austrittsvierpol (Q_Q) gebildet ist, daß ein erstes Zentrierungs-Korrekturglied (C^) für das Bündel

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ORIGINAL INSPECTED Lei/Gl

zwischen den Vierpolen (Q-g und Q_s) angeordnet ist, und daß die Energiefiltereinrichtung einen metallischen Schirm (2) enthält, der mit einem Auswählschlitz (13) versehen und zwischen dem ersten und dem zweiten Elektromagnet (E₁, E₂) des Ablenkglieds im Energiebrennpunkt des ersten Elektromagnets (E.) angeordnet ist.
2. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswählschlitz (13) eine einstellbare Öffnung hat.
3. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Zentrierungs-Korrekturglied (C₂) für das Bündel am Austritt des dritten Elektromagnets (E*) in der Bahn des aus dem Ablenkglied austretenden Bündels (F_) angeordnet ist.
4. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Weg des Teilchenbündels vor dem ersten Elektromagnet (E..) eine rohrförmige magnetische Abschirmung (1) angeordnet ist, deren Achse mit der mittleren Bahn des einfallenden Bündels (F^) zusammenfällt, und daß die Abschirmung (1) mit zwei einander diametral entgegengesetzten seitlichen Öffnungen für den Durchgang des aus dem zweiten Zentrierungs-Korrekturglied (C₂) austretenden Bündels (F.) ausgestattet ist.
5. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatisch zurückziehbare Zielplatte (5) im Weg des aus dem zweiten Zentrierungs-Korrekturglied (C₂) austretenden Bündels hinter der rohrförmigen Abschirmung (1) angeordnet ist.

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6. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der rohrförmigen Abschirmung (1) und der Zielplatte (5) eine magnetische Abschirmplatte (4) angeordnet ist, die mit einer Mittelöffnung (30) für den Durchgang des Bündels ausgestattet ist.
7. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierpoliges Ablenksystem (8) im Weg des Teilchenbündels hinter der Zielplatte (5) angeordnet ist, und daß vor dem vierpoligen Ablenksystem (8) eine magnetische Abschirmung (7) angeordnet ist, die durch eine Platte aus magnetischem Material gebildet ist, die mit einer Mittelöffnung (31) für den Durchgang des Bündels ausgestattet ist.
8. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zielplatte ein Rückziehsystem (12) zugeordnet ist, mit dem die Zielplatte (5) in einer senkrecht zur mittleren Teilchenbahn des Bündels liegenden Ebene verschoben werden kann, und daß das Rückziehsystem (12) der Zielplatte (5) gleichzeitig das öffnen des Auswählschlitzes (13) derart steuert, daß die Schlitzöffnung am größten ist, wenn die Zielplatte (5) im Weg des Teilchenbündels liegt.
9. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein entfernbares Dosisausgleichsfilter (9) im Weg des Teilchenbündels hinter der Zielplatte (5) angeordnet ist, und daß das Dosisausgleichsfilter (9) mit dem Rückziehsystem (12) der Zielplatte verbunden ist.
10. Bestrahlungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierungs-Korrekturglieder (C₁, Cp) von dem Strahlungsdosis- und Zentrierungsmeßsystem (12) des Bestrahlungsbündels gesteuert sind.

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