DE29704004U1

DE29704004U1 - Festkörperphantom zur mehrdimensionalen Analyse radiotherapeutischer Strahlenfelder

Info

Publication number: DE29704004U1
Application number: DE29704004U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2007-03-06

Description

Jörg Müller

Matzenberg 32

Beschreibung:

Festkörperphantom zur mehrdimensionale Analyse radiotherapeutischer Strahlenfelder

Es ist notwendig, an radiotherapeutisch genutzten Bestrahlungsanlagen regelmäßig Dosisverteilungen in einem homogenen Material zu messen. In der klinischen Routine haben sich die folgenden Methoden bewährt.

In einem Wasserphantom - ein mit Wasser gefüllter quaderförmiger Behälter - kann eine Meßsonde mit einer Mechanik in allen Raumrichtungen positioniert werden. Dadurch ist ein Ausmessen des Bestrahlungsfeldes an jeder Position innerhalb des Wasserphantoms möglich. Nachteilig ist der zeitintensive Aufbau. Weiterhin ist bei Strahlenfeldern, die gegen die Vertikale geneigt sind, kein senkrechter Einfall der Strahlung zur Wasseroberfläche möglich.

Flexibler im Aufbau ist die Verwendung von Festkörperphantomen. Kunststofrplatten mit Bohrungen zum Aufnehmen der Dosimeter werden geschichtet und im Strahlenfeld positioniert. Nachteilig ist hier die vordefinierte Meßposition an den Stellen der Bohrungen. Diesem Verfahren äquivalent sind Festkörperphantome, bei denen mehrere Dosimeter fest eingebaut sind.

Festkörperphantome mit beweglichen Elementen

In einem ersten drehbaren Zylinder ist ein zweiter Zylinder drehbar angebracht, so daß deren Rotationsachsen parallel zueinander sind (DE 3239547). Die Achse des kleineren inneren Zylinder ist exzentrisch angebracht. Durch Rotation der beiden Zylinder in entgegengesetzter Richtung kann erreicht werden, daß der Abstand des Dosimeters von der Oberfläche des äußeren Zylinders kontinuierlich verändert werden kann. Es kann somit eine Abhängigkeit der Dosisverteilung von der Gewebetiefe gemessen werden.

Eine weitere Methode (DE 3145262 C2) funktioniert ähnlich. In einem Quader befindet sich ein drehbarer Zylinder. Der Zylinder ist mit einer Bohrung zur Aufnahme des Detektors versehen. Durch Drehen des Zylinders läßt sich die Distanz des Dosimeters zur Oberfläche der Vorrichtung variieren. Damit das Dosimeter in einer Linie senkrecht zur Oberfläche der Vorrichtung bewegt werden kann, muß der Quader in der Weise verschoben werden, daß die Rotation des Zylinders ausgeglichen wird.

Jörg Müller Matzenberg32

Beide Methoden ermöglichen ein weitaus flexibleren Meßaufbau als die zuvor erwähnten Plattenphantome. Jedoch haben beide Methoden Nachteile, die ihre Verwendung in der Praxis einschränkt. Die erstgenannte Methode ist nur zur Messung von Tiefendosisverteilungen geeignet, Verteilungen senkrecht zur Einfallrichtung des Strahls (Querverteilungen) sind wegen der Oberflächenkrümmung des äußeren Zylinders nicht meßbar. Die Tiefe im Material ändert sich mit der Oberflächenkrümmung des Zylinders. Dieses Phantom ist deshalb nur für eindimensionale Meßaufgaben geeignet. Weiterhin ist kein direkter Vergleich mit den im Wasserphantom gemessenen Basisdaten möglich, da durch die gekrümmte Oberfläche Streuanteile fehlen. Bei der zweiten Methode ist die Oberfläche eben, deshalb ist die Messung von Querverteilungen denkbar. Problematisch ist hier die Veränderung der Lage des Quaders während der Messung. Gestreute Photonen tragen erheblich zum Meßsignal des Detektors bei. Durch die Bewegung der gesamten Vorrichtung liegen in jedem Meßpunkt andere Streuverhältnisse vor. Dies kann zu erheblichen Meßungenauigkeiten führen. Eine Verschiebung des Quaders benötigt außerdem zusätzlichen Raum. Insbesondere wenn die Meßvomchtung unmittelbar mit der Bestrahlungsanlage verbunden werden soll, kann dies zu Problemen führen. Die Messung von Querverteilungen ist daher nur eingeschränkt möglich.

Die hier vorgestellte neue Methode ermöglicht es, den schnellen und flexiblen Aufbau der Festkörperphantome mit den Möglichkeiten der freien Positionierung zu kombinieren. Das Festköperphantom besteht aus einem Quader (6) mit, radiologisch gesehen, gewebeäquivalentem Material (vgl. Querschnittsdarstellung: Abbildung 1). Die Abmessungen des Quaders sollen so bemessen sein, daß die in der Qualitätssicherung verwendeten Strahlenfelder den Quader an den Rändern nicht überstrahlen (z.B. 20x20 cm², Meßtiefe bis 20 cm). In diesem Quader befinden sich zwei Zylinder. Der größere der beiden Zylinder (1) kann um die Achse (3) gedreht werden. Der kleinere Zylinder (2) ist in den größeren Zylinder (1) eingelassen. Weiter unten wird ersichtlich, daß der Radius des kleineren Zylinder größer als der halbe Radius des größeren Zylinders sein muß. Dieser kleine Zylinder (2) ist um die Achse (4) drehbar. Parallel zu den Zylinderachsen ist im Zylinder (2) eine zylindrische Bohrung (5) angebracht, die zur Aufnahme des Detektors dient. Durch Einschieben eines Adapters in das Bohrloch können verschiedene Detektoren in der Vorrichtung verwendet werden. Der Radius von Zylinder (1) ist so zu wählen, daß das Zentrum des Bohrlochs bei entsprechender Drehung von Zylinder (2) mit der Achse (3) zusammenfallen kann. In Abbildung 2 ist ein praxisbezogener Funktionsablauf dargestellt. Unter der Annahme, daß

Jörg Mialier · · Matzenberg32

' I : .* 66620 Primsta!

das Strahlenfeld senkrecht von oben auf den Quader einfallt, wird eine Dosisverteilung in Strahlrichtung gemessen. Im ersten Teilbild befindet sich der Detektor am höchsten Punkt. Durch mathematisch negatives Drehen des Zylinders (1) wandert Zylinder (2) nach unten. Gleichzeitig wird Zylinder (2) in positiver Richtung gedreht. Dadurch bleibt der Detektor zwischen den beiden, gestrichelt gezeichneten, Hilfslinien. Eine weitere Drehung beider Zylinder führt zu einer weiteren Abwärtsbewegung des Detektors.

Es ist eine kontinuierliche Messung des Dosisverlaufs möglich. Durch geeignetes Drehen der Zylinder sind so alle Positionen innerhalb der Ebene möglich, die durch den maximalen Umlauf des Detektors begrenzt sind (Abbildungen 2 und 3).

Bei der technischen Ausführung müssen alle Teile so gelagert sein, daß sie leicht gegeneinander bewegt werden können. Gleichzeitig sollen die Luftspalte zwischen Zylinder (1) und Quader (6), sowie zwischen Zylinder (2) und Zylinder (1) so klein wie technisch möglich ausgeführt werden. Zur Lagerung können die Zylinder über die Stirnflächen des Quaders hinausragen. Sie bieten dann auch Ansatzpunkte für den Antrieb. Der Antrieb kann auf verschiedene Arten erfolgen. Zuerst können die Teile des Phantoms manuell eingestellt werden. Zweitens kann der Antrieb mit nur einem Motor erfolgen. Dazu wird der äußere Zylinder angetrieben. Der innere Zylinder rollt auf dem äußeren, eventuell durch eine geeignete Mechanik unterstützt, ab. Dabei ist sichergestellt, daß der innere Zylinder mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit und umgekehrter Richtung dreht. Der Detektor bewegt sich dann auf einer Geraden, definiert durch den Ausgangspunkt des Detektors und (3). Die Lage der Geraden (Tiefendosis, Querverteilung, Messung im beliebigen Winkel) wird in diesem Fall von Hand bei Beginn der Messung eingestellt. Beim Antrieb mit zwei Motoren können die Zylinder völlig unabhängig voneinander bewegt werden. Der größere Zylinder wird direkt über einen Motor an seinem Umfang angetrieben. Diese Rotation legt, wie oben beschrieben, die Position von Achse (4) fest. Der kleinere Zylinder kann in einem Ring mit gleichem Innendurchmesser wie Zylinder (1) abrollen. Durch das Abrollen rotiert Zylinder (2) mit dem gleichen Betrag der Winkelgeschwindigkeit, aber in entgegengesetzter Richtung. Wird dieser Ring unabhängig von Zylinder (1) rotiert, so kann Zylinder (2) zusätzlich um seine Achse gedreht werden. Diese äußere Rotation entspricht der Funktionsweise eines Planetengetriebes. Hier sind aber auch andere Antriebsformen denkbar.

Das vorgestellte Festkörperphantom bietet durch die kontinuierliche Positionierung mehr Möglichkeiten als alle anderen Festkörperphantome. Durch die gleichbleibende äußere Form können dort Markierungen zur Positionierung angebracht werden. Außerdem können an den

Jörg Müller

,. Matzenberg 32

. * 66620 Pritastal

Außenflächen beliebige Halterungen angebracht, sie stören die Funktionalität nicht. Es müssen keine Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um die Bewegungsmöglichkeiten zu sichern und gegen eine Behinderung der Bewegung von außen zu schützen. Zusammenfassend verbessert die Methode die vorgestellten Vorrichtungen durch die einfache geschlossene Form und die mehrdimensionale Meßmöglichkeiten. Die Vorrichtung kann um eine dritte Dimension erweitert werden, wenn der Detektor in seiner Aufnahme vor und zurück bewegt wird. Die Möglichkeiten der neuen Methode sind jedoch nicht so umfangreich wie beim Wasserphantom, so daß dieses hierdurch nicht ersetzt werden kann. In der klinischen Praxis kann nur das Wasserphantom zur Durchführung von Basismessungen für Bestrahlungssystemen verwendet werden. In der schnellen Überprüfung von Referenzwerten für die Qualitätssicherung kann die vorgestellte Methode aus den bereits geschilderten Gründen jedoch neue Maßstäbe setzen.

Abbildung 1: Querschnitt durch das Festkörperphantom Abbildung 2: Vorgehensweise beim Messen einer Tiefendosiskrurve Abbildung 3: Vorgehensweise beim Messen einer Querverteilung

Claims

Jörg Müller Matzenberg 32 66620 Primstal Schutzansprüche:

1. Festkörperphantom zur mehrdimensionalen Analyse radiotherapeutischer Strahlenfelder, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung eines Dosimeters in einem allseitig umschlossenen Quader an jedem Ort in einer kreisförmigen Ebene in Richtung der einfallenden Strahlung möglich ist.

2. Festkörperphantom nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Phantom aus mehreren Teilen eines festen homogenen Materials besteht.

3. Festkörperphantom nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß es aus 2 Zylindern und einem Quader, die gegeneinander beweglich angeordnet sind, besteht.