DE3018914A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestrahlen eines umgrenzten materievolumens mit einem hochenergetischen teilchenstrahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestrahlen eines begrenzten Materievolumens, welches sich normalerweise tief innerhalb eines Körpers befindet mit einem Strahl aus hochenergetischen geladenen oder ungeladenen Teilchen. Die geladenen Teilchen können Elektronen, Protonen oder Deutronen sein, die ungeladenen, neutralen Teilchen Photonen oder Neutronen. Hauptsächlich soll die Erfindung Anwendung finden für die Bestrahlung tiefsitzender Tumore.

Hochenergetische Elektronen und Photonen werden bereits seit den fünfziger Jahren in der Strahlentherapie verwendet. Die üblicherweise angewendeten Bestrahlungsmodalitäten bewegen sich vom Nieder- bis Mittelenergiebereich von einigen Me V bis zu etwa 20 Me V. Diese Strahlungen wurden auch für die Behandlung tiefsitzender Tumore angewandt, obwohl mit beträchtlich höheren Strahlungsenergien bessere therapentische Ergebnisse zu erwarten wären. Der Grund dafür, daß höhere Energien nicht benutzt wurden, ist darin zu sehen, daß mehrere verschiedene Faktoren die Erzeugung und Verwendung hochenergetischer Elektronen und Photonen mit Spitzenenergien von etwa 20 bis 50 Me V beeinträchtigen. Ein solcher Faktor ist darin zu sehen, daß kein billiger kompakter und leichtgewichtiger Beschleuniger auf dem Markt erhältlich ist, der eine ausreichend hohe Strahlungsenergie erzeugt. Andere begrenzte Faktoren sind technische Probleme, welche die Erzeugung therapeutischer Strahlen hoher Qualität bei diesen hohen Energien beeinträchtigen. Mit hoher Qualität ist gemeint, daß sich die Teilchen des Strahles soweit als möglich in parallelen oder isotropen Bahnen bewegen, daß sich die Teilchen mit gleicher Geschwindigkeit bewegen und daß der Teilchenstrom über den Strahlenquerschnitt hinweg konstant ist. Diese letztgenannte Eigenschaft wird als Homogenität bezeichnet. Falls beispiels-

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weise Elektronenstrahlen verwendet werden, verliert man bei diesen hohen Energien den steilen Dosisabfall·, der bei niederen Energien unterhaib des therapeutischen Wirkungsbereiches auftritt, insbesondere wenn übliche Streufolien zur Strahlenabschwächung verwendet werden. Bei Photonenstrahlen besteht das Problem darin, daß sehr dicke Abschwächfilter benötigt werden, welche die effektive Photonenenrgie vermindern, so daß nur geringe Verbesserungen der Eindringtiefe des Strahles erreicht werden, wenn die Strahlungsenergie erhöht wird.

Es gibt bereits eine ganze Anzahl· verschiedener Vorschläge hochenergetischer Eiektronenstrahlen hoher Qualität mit einem breiten therapeutischen Wirkungsbereich zu erzeugen. Dabei traten zwei grundlegende Probleme auf. Das erste besteht darin, große homogene Strahlungsfel·der zu erzeugen und das zweite, einen breiten therapeutischen Wirkungsbereich zu erzieien.

Das meist verbreitete Verfahren, gleichmäßige Strahlenfel·der zu erzeugen, besteht darin, eine Streufoiie zu verwenden. Diese eignet sich aber nur für Energien unter 10 Me V und für beschränkte Strahl·ungsfel·dgrößen. Falis höhere Energien verwendet werden so^en, müssen die Streufoiien dicker werden. Diese bewirken aber einen beträchtiichen Quaiitätsabfail· des El·ektronenstrahl·es. Vergiichen mit der Menge der Mat-erie im Teiichenstrahl· ist die bekannte Technik, mit doppeiten Streufo^en zu arbeiten, etwa zehnfach besser ais die Technik mit einfacher Streufoiie, wobei sich Eiektronenstrahlen hoher Qualität bei Energien bis zu 20 Me V ergeben. Bei noch höheren Energien jedoch wird die Elektronenstrah^ung sct^echterm seUsst wenn Fo^en verwendet werden, die etwa zehnfach dünner sind,

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als bei der Einfolientechnik. Bei sehr hohen Energien von etwa 25 bis 50 Me V sind bis jetzt nur elektromagnetische Systeme mit defocusierenden oder mechanisch abtastenden Magneten oder Quadropolen bekannt, um Strahlen hoher Qualität zu erzeugen, wie es z.B. die CH-PS 514 341 oder die US-PS 4 063 098 zeigen. Diese elektromagnetischen Systeme weisen jedoch ebenfalls im praktischen Betrieb verschiedene technische Mangel auf.

Es ist weiterhin bekannt, daß ein breiter therapeutischer Wirkungsbereich durch Verwendung mechanisch bewegter Ablenkmagnete zu erzielen ist, durch welche ein quadratischer Abfall des Strahlungsflusses bei einer linearen Entfernungsänderung eintritt.Dies erweitert den therapeutischen Wirkungsbereich, da der Dosisabfall weniger steil ist.

Ein anderes Verfahren, bei welchem eine ähnliche Technik verwendet wird, ist das sogenannte Pendelverfahren, welhes in Verbindung mit flachen oder fächerförmigen Strahlen bestimmter Betatrons arbeitet. Entsprechende Resultate lassen sich jedoch auch mit den meisten üblichen Behandlungsvorrichtungen durch Bestrahlung des Volumens(Tumor) mit mehreren parallelen oder konvergenten Strahlen erreichen. Bei der überlagerung mehrerer verschiedener Strahlenfelder verschiedener Richtungen (Dynamische Strahlentherapie) kann der geometrische Dosisabfall zu einem Dosisanstieg über die Tiefe umgewandelt werden.

Es sind aber auch verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um breite gleichförmige Photonenstrahlen zu erzeugen. Bei hochenergetischen Photonenstrahlen ist die Mat-erialwahl des sogenannten Targets und des Abschwächfilters von grundlegender Bedeutung. Es wurden zwei verschiedene Verfahren zur Erzeugung solcher Hochenergie--

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Photonenstrahlen vorgeschlagen. Das eine zieht die Verwendung eines Targets und eines Abschwächfilters aus einem Material mit niederer Ordnungszahl vor zur Erzeugung eines Strahles mit der höchstmöglichen Photonenenergie und der größtmöglichen Eindringtiefe längs der Strahlmittelachse. Das andere Verfahren verwendet ein Target aus einem Material mit mittlerer Ordnungszahl un-d einen aus verschiedenen Materialien zusammengesetzten Abschwächfilter. Damit wird ein Photonenstrahl hoher Qualität, d.h. hoher Homogenität bei allen Eindringtiefen und Feldgrößen erzeugt, was durch einen homogenen Strahlungsfluß bei mittlerer Photonenenergie erreicht wird. Das erste Verfahren hat zur Folge, daß sehr eindringfähige schmale Strahlenbündel erzeugt werden auf Kosten von Schwankungen in der Strahlenhomogenität in Abhängigkeit von der Eindringtiefe bei breiten Strahlenbündeln. Das zweite Verfahren ergibt gleichförmige Strahlen, unabhängig von der Feldgröße und Tiefe, jedoch auf Kosten einer verringerten Eindringtiefe, insbesondere bei kleinen Feldgrößen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und zuverlässiges Verfahren und eine dementsprechende Vorrichtung vorzusehen zum Bestrahlen eines begrenzten Materievolumens, vorzugsweise in großer Tiefe mit einem Strahl hochenergetischer geladener oder ungeladener (neutraler) Teilchen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Teilchenstrahl, der von einer Strahlenquelle für geladene Teilchen kommt, elektrisch in zwei orthogonale Richtungen gesteuert wird und daß der in eine Ebene gesteuerte Strahl in den Raum abgelenkt wird.

Für die meisten praktischen Fälle ist es wichtig, daß die Strahlungsquelle nur eine geringe Ausdehnung aufweist. Dies wird durch ein strahlenoptisches System in der

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erfindungsgemäßen Anordnung erreicht. Dieses System umfaßt zwei Steuermagnete, von denen jeder die Steuerung des Teilchenstrahles in eine der beiden orthogonalen Ebenen erlaubt, wobei der in eine Ebene gesteuerte Strahl den entsprechenden Steuermagneten im wirksamen Steuerzentrum verläßt. Weiterhin beinhaltet das strahlenoptische System einen Ablenkmagneten, welcher zwischen den Steuermagneten angeordnet ist zum Ablenken des Strahlenweges in den Raum. Durch Ausnutzung der strahlenoptischen Eigenschaften des Anlenkmagneten in der Weise, daß der Ablenkmagnet ein Bild des wirksamen Steuerzentrums des ersten Steuermagneten erzeugt und zwar in Strahlrichtung auf einen Punkt gesehen, welcher mit dem wirksamen Steuerzentrum des zweiten Steuermagneten zusammenfällt - wiederum in Strahlrichtung gesehen - wird der in zwei orthogonale Ebenen abgelenkte Strahl vom Steuerzentrum des zweiten Steuermagneten isotrop ausstrahlen. Durch Verwendung des Ablenkmagneten ergibt sich ein kompaktes Steuersystem mit geringem Abstand zwischen den Steuerzentren der Steuermagnete .

Das erfindungsgemäße strahlenoptische System erbringt den Vorteil, daß sich ein wohldefinierter Abstand zwischen der Strahlungsquelle (d.h. dem Steuerzentrum des zweiten Steuermagneten) und der Oberfläche, unter welcher das besagte begrenzte Materievolumen gelegen ist, erreicht wird. Dieser Abstand ist als SSD-Abstand bezeichnet (Source - to Surface Distance). Der von dem strahloptischen System ausgehende Strahl kann als fast punktisotroper Strahl bezeichnet werden mit der gleichen Intensität und Energieverteilung in allen Richtungen. Zusätzlich ist infolge der verwendeten Steuermagnete die Verzerrung des Elementarstrahles (nicht gesteuerter Strahl) beträchtlich geringer als wenn Quadrupole zur Steuerung des Strahles in beide Ebenen verwendet würden.

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Das erfindungsgemäße strahloptische System ist von besonderer Bedeutung, weil der zweite (letzte) Steuermagnet - in Strahlrichtung gesehen - sehr stark und kurz ausgeführt werden kann, so daß das bremsstrahlungerzeugende Target nahe dem wirksamen Steuerzentrum des letzten Steuermagneten angeordnet werden kann, was den Elektronenstrahl in einen gesteuerten Photonenstrahl umwandelt. Eine entsprechende Technik wird zur Umwandlung eines Protonenstrahles in einen erfindungsgemäß gesteuerten abgeschwächten Neutronenstrahl verwendet. Ebenso kann ein Deutronenstrahl in einen erfindungsgemäß gesteuerten abgeschwächten Neutronenstrahl umgewandelt werden.

Die hier vorgeschlagene Technik ist besonders wichtig, nicht zuletzt wegen der Tatsache, daß breite gleichförmige Photonen- oder Neutronenstrahlen beliebiger Energie erzeugt werden können, ohne daß dicke Abschwächfilter benutzt werden nüssen. Weiterhin wird das Photonen-Spektrum verbessert, weil auf verschlechternden Filter verzichtet wird und das nach vorwärts gerichtete Photonen-Spektrum über das gesamte Strahlungsfeld isotrop verteilt ist.

Der auf diese Weise erzeugte Photonenstrahl vereinigt die Vorteile der eingangs genannten Verfahren, d.h. die hohe Eindringtiefe und die hohe Homogenität, ohne daß dabei die Nachteile der bekannten Verfahren in Kauf genommen werden müssen. Zusätzlich erhöht sich durch den jetzt vorgeschlagenen gesteuerten Photonenstrahö die verfügbare Dosis, da Abschwächfilter der herkömmlichen Art nicht mehr benötigt werden. Solche Abschwächfilter absorbieren etwa 50 - 80% (in Abhängigkeit von der Strahlungsenergie) des Photonenflusses. Deshalb werden auch Strahlungsabschirmungsproblerne

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außerhalb des Behandlungsbereiches um den Faktor 2 bis 5 verringert. Noch wichtiger ist, daß die Neutronenerzeugung in den Abschwächfiltern und den Kollinatoren um den gleichen Faktor zwei bis fünf abnimmt. Infolgedessen kann bei Verwendung des erfindungsgemäßen gesteuerten Photonenstrahles die Neutronenabschirmung vermindert werden.

Die CH-PS 514 341 beschreibt ein System, bei welchem der Strahl in zwei orthogonale Ebenen gesteuert wird. Ein erheblicher Nahteil dieses Systems besteht darin, daß ein Quadropol-Triplet mit einer großen öffnung erforderlich ist, um den Strahl zu focusieren, was den Preis des Systems, insbesondere bei hohen Energien erhöht. Weiterhin muß der Polspalt des Ablenkmagneten groß sein, da der erste Ablenkmagnet den Strahl in eine Ebene lenkt, die senkrecht zur Ablenkebene des Ablenkmagneten verläuft. Außerdem muß der Erregerstrom des großen Ablenkmagneten zur Steuerung des Strahles in die Ablenkebene verändert werden, was diesen Magneten weiter kompliziert. Erfindungsgemäß wird ein erheblich einfacherer gesonderter Steuermagnet verwendet, welcher eine sehr viel größere Steuergeschwindigkeit erlaubt. Die US-PS 4 063 098 betrifft ein System, welches den Strahl in eine zur Ablenkebene des Ablenkmagneten senkrechte Ebene steuert. Die hiermit verbundenen Nachteile entsprechen denen der Anordnung nach dem schweizerischen Patent. Zusätzlich wird der Strahl nur in eine Ebene abgelenkt.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert, in welchen zeigen:

Fig. 1 eine diagrammatische Seitenansicht eines strahloptischen Systems gemäß der Erfindung;

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Fig. 2 eine Vorderansicht des strahloptischen Systems gemäß Fig. 1;

Fig. 3

und 4 Diagramme über die Verteilung der Dosis

über die Tiefe in einem mit Elektronen (Fig. 3) bzw. Photonen (Fig. 4) bestrahlten Materievolumen;

Fig. 5

und 6 Diagramme über den Verlauf von Linien

gleicher Dosis bei einem mit Elektronen (Fig. 5) bzw. Photonen (Fig. 6) bestrahlten Materievolumen; und

Fig. 7 die Verteilung der absorbierten Dosis quer zum bestrahlten Volumen nach einer Bestrahlung (Kurve 1) und nach einer weiteren Bestrahlung (Kurve 2).

Von einer nicht dargestellten Strahlungsquelle für hochenergetische Elektronen kommt ein Elektronenstrahl e. Die Energie der Elektronen liegt etwa zwischen 1 - 50 Me V. Der Elektronenstrahl e~ gelangt in das strahloptische System mit den beiden Steuermagneten 1a, b und 5a, b und einen Ablenkmagneten 3a, b, der dazwischen angeordnet ist. Der Steuermagnet 1a, b umfaßt die beiden Polflächen 1a, 1b eines nicht dargestellten Elektromagneten. Durch Verändern des Stromes in jeden der beiden Elektromagnete und demgemäß des Magnetfeldes im Spalt zwischen den Polflächen kann der Elektronenstrahl mehr oder weniger in der Zeichenebene abgelenkt werden, z.B. zwischen den in ausgezogenen Linien dargestellten Höchstwerten. Der Strahl tritt aus dem Steuermagnet 1a, b aus, als köm-e er aus dem effektiven Steuerzentrum 2. Der in der Zeichenebene abgelenkte Strahl

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gelangt dann in den Ablenkmagneten 3a, b, welcher ihn im dargestellten Fall einen zentralen Teilchenstrahl um 90° ablenkt. Der Ablenkmagnet ist herkömmlicher Art mit zwei zueinander senkrechten Polkanten, welche sich in dem ideellen Punkt 4 schneiden. Der aus diesem Ablenkmagnet austretende Strahl läuft dann durch einen zweiten Steuermagneten 5a, b, welcher dem ersten 1a, b entspricht. Die Polflächen des zweiten Magneten 5a, 5b verlaufen im rechten Winkel zu den Polflächen 1a, b. Das Magnetfeld zwischen den Polflächen 5a, 5b läßt sich durch Veränderung des elektrischen Stromes des zugehörigen Elektromagneten variieren. Der aus dem Steuermagneten 5a, b austretende Strahl verläßt diesen, als trete er aus dem effektiven Steuerzentrum 6 aus. Er wird in eine Ebene gesteuert, die senkrecht zur Zeichenebene liegt. Der Ablenkmagnet 3a, b bildet das Steuerzentrum 2 in einem Punkt ab, welcher mit dem Steuerzentrum 6 zusammenfällt. Dies wird erreicht, in-dem der Punkt 4 auf der die Steuerzentren 2 und 6 verbindenden Geraden 7 angeordnet wird. Durch diese Anordnung wird der gesteuerte Strahl isotrop vom Steuerzentrum 6 ausstrahlen. In einigen Fällen ist es günstig, wenn der Ablenkmagnet 3a, b das Bild des Steuerzentrums auf einen Punkt abbildet, der in Bezug auf das Steuerzentrum 6 verschoben ist. Durch Anlegen einer geeigneten sich verändernden Steuerspannung kann der Elektronenstrahl über die Eintrittsfläche des zu bestrahlenden Volumens bewegt werden. Indem die Polflächen 5a, b des Steuermagnets kurz und die Feldstärke hoch gemacht wird, kann die Länge des zweiten Steuermagneten verkürzt werden. Wenn das Target beispielsweise aus Wolfram in einer Stärke von 2 mm, in Strahlrichtung gesehen, ausgeführt und dicht hinter dem Steuerzentrum 6 angeordnet ist, wird der Elektronenstrahl in einen Photonenstrahl umgewandelt, der vom Steuerzentrum 6 isotrop ausstrahlt.

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Es ist ebenso möglich, daß das Target 8 durch ein sogenanntes Transmissionstarget - ein dünnes Target ersetzt wird, so daß der das Steuerzentrum 6 verlassende Strahl sowohl Photonen als auch Elektronen enthält. Durch Einsetzen eines zusätzlichen nicht dargestellten Ablenkmagneten, der beispielsweise dem Magneten 3a, b entspricht, in den Strahlengang, der vom Magneten 5a, b ausgeht, können unerwünschte Elektronenstrahlen abgeschieden werden, so daß ein hoch seiner Photonenstrahl die Patientenoberfläche bestrahlt. Fig. 3 und 4 zeigen die Dosisverteilung über die Tiefe in einem mit Elektronen und Photonen bestrahlten Materievolumen, welches in diesem Fall ein Wasservolumen ist. Die ausgezogene Kurve in Fig. 3 zeigt die Dosisverteilung eines rohen ungeebneten Elektronenstrahls mit einer Energie von 45,6 Me V, der die Wasseroberfläche aus einer Entfernung von 100 cm trifft. Der wirksame Strahldurchmesser beträgt 9,1 cm. Die gepunktete Kurve in Fig. 3 zeigt die Dosisverteilung eines erfindungsgemäß gesteuerten Strahls, welcher vom Steuerzentrum 6 isotrop auf eine 100 cm entfernte Wasserfläche trifft. Demgemäß ist in diesem Fall der wirksame Strahldurchmesser unendlich groß. Wie ersichtlich, ist die Dosis in größerer Tiefe im Vergleich zum rohen ungeebneten Strahl größer. Indem zwischen Steuermagnet 5a, b und die Eintrittsfläche des zu bestrahlenden Volumens Steuermagnete eingeschaltet werden, die ihrerseits durch elektrische Felder so gesteuert werden, daß der Elektronenstrahl die zu bestrahlende Fläche immer im rechten WinM trifft, wird eine Dosisverteilung gemäß der gestrichelt gezeichneten Kurve in Fig. 3 erreicht. Durch Einsatz zusätzlicher Korrekturmagnete kann der therapentische Wirkungsbereich weiter vergrößert werden. Die durch lange Striche in Fig. 4 dargestellte Kurve zeigt die Dosisverteilung von Photonen mit einer Energie von 50 Me V, die durch

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ein herkömmliches 4 cm starkes Abschwächfilter aus Blei laufen. Ohne dieses Filter ergäbe sich eine Dosisverteilung gemäß der voll ausgezogenen Linie in Fig. 4. Wenn ein 4 cm dickes Titan-Filter verwendet wird, ergibt sich eine Dosisverteilung nach der kleingestrichelten Kurve. Bei Anwendung des Elektronenstrahles gemäß der Erfindung mit einem Target 8 aus 1 mm dicken Wolfram ergibt sich die Dosisverteilung gemäß der gepunkteten Kurve. Es ist erkennbar, daß das Dosismaximum wesentlich tiefer (etwa 4 cm) liegt bei Benutzung der erfindungsgemäßen Anordnung.

Normalerweise wird der von der nicht dargestellten Strahlungsquelle ausgesandte Strahl nicht kontinuierlich, sondern unstetig in Form von Teilchenschauern, d.h. in Impulsen von kurzer Dauer abgegeben. Mit der erfindungsgemäßen Steuertechnik ist es möglich, das Ablenkmuster und die Position der einzelnen Teilchenschauer zu steuern. Fig. 5 stellt Kurven gleicher Dosis eines einzelnen Elektronenstoßes dar, welcher schnittweise nach einem willkürlichen Muster gesteuert werden kann. Die Elektronenenergie beträgt 50 Me V. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, konzentriert sich die Strahlendosis auf ein kleines Oberflächengebiet der Eingangsoberfläche des zu bestrahlenden Objektes, welches in diesem Fall ein Wasservolumen ist, wobei sich die Strahlendosis mit zunehmender Tiefe birnenförmig verteilt. Versuchsergebnisse zeigen, daß die konzentriert-e Strahlungsdosis in dem kleinen Oberflächengebiet nur verringerte Hautreaktionen infolge des benachbarten unbestrahlten Gewebes ergibt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das zu durchlaufende, vom Strahl zu überstreichende Muster nur einmal durchlaufen, wobei die Zeitdauer der einzelnen

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Teilchenschauer nur sehr kurz ist, so daß die gesamte lokale Strahlungsdosis durch einen einzigen Teilchenschauer sehr hoher Dosis erzeugt wird. Durch die kurze Bestrahlungsdauer ergeben sich beim Bestrahlen des Gewebes vorteilhafte biologische Reaktionen.

Fig. 6 zeigt die Kurven gleicher Dosis, ähnlich der Fig. 5 eines Photonenstrahles mit einer Energie von 50 Me V, der auf eine Wasseroberfläche gedeckt wurde und der die gesamte Dosis in einem einzigen Impuls liefert. Durch schrittweises Steuern des Strahles in zumindest einer der orthogonalen Ebenen und durch Steuern der Länge jeden Schnittes im Verhältnis zur Dosisverteilung des vorausgehenden Teilchenschauers lassen sich zeitweise auftretende Intensitätsschwankungen in jedem Impuls der abgegebenen Strahlung ausgleichen. Durch Anpassen jedes Schrittes an die Intensität des vorangegangenen Teilchenschauers kann der erzeugte Dosismittelwert, der auf das bestrahlte Volumen abgegeben wird, konstant gehalten werden. Bei schrittweiser Steuerung kann ein zusätzlicher Teilchenschauer am Außenrand der Fläche erzeugt werden, um die Dosisverteilung über das bestrahlte Volumen zu verbessern. In Fig. 7 ist diese Maßnahme dargestellt. Die Fig. zeigt einen Quadranten des Strahlungsfeldes. Das Objekt wird mit 7x7 Impulsen im Abstand von 5 cm bestrahlt. Jeder Impuls liegt dabei in den Punkten 0, 5, und 15 cm vom Mittelpunkt eines Quadrates aus gesehen. Die Dosis fällt demgemäß am Rand, etwa bei 15 cm von der Mitte aus gesehen ab. Indem zwei Impulse erzeugt werden, wenn sich der Strahl in der Randzone befindet, wird die Dosisverteilung, wie aus der Kurve 2 (Fig. 7) ersichtlich, erheblich verbessert. Die Kurve 1 zeigt die Dosisverteilung, wenn nur ein Impuls gegeben wird.

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Obwohl verschiedene Ablenkverfahren beschrieben wurden, kann die Bestrahlung auch durchgeführt werden, indem der Strahl frei über die zu bestrahlende Fläche, z.B. in Mäanderform geführt wird. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Strahl elektrisch in einer Ebene abgelenkt, während das zu bestrahlende Objekt rechtwinklig zu dieser Ebene bewegt wird. Schließlich kann auch das erfindungsgemäße Ablenken des Strahles in der Weise erfolgen, daß der Strahl in zwei orthogonalen Ebenen Zeile für Zeile, den Kreuzungspunkten eines Gittermusters folgend, geführt wird, was als sogenannte Gitter- oder Siebtherapie bezeichnet wird. Dieses Verfahren ist von besonderer Bedeutung, wenn es sich darum handelt, die Hautreaktion bei der Behandlung tiefsitzender Tumore herabzusetzen.

Wenn in Fig. 1 und 2 ein Ablenkmagnet mit einem Ablenkwinkel von 90° gezeigt wurde, so lassen sich selbstverständlich auch Ablenkmagneten mit anderen Winkeln verwenden. Die Polkanten des Ablenkmagneten schneiden sich im Punkt 4 auf der Verbindungsgeraden 7 der Steuermagneten. In klinisch verwendbaren Systemen hoher Energie muß der Elektronenstrahl wahrscheinlich abgelenkt werden, weshalb ein Ablenkmagnet benötigt wird. Die gleiche strahlungsoptische Funktion kann jedoch auch mit einem Quadropolsystem oder anderen strahlungsoptischen Komponenten erreicht werden.

Die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen können in verschiedenster Weise innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens modifiziert und abgeändert werden.

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Claims (10)

BIBRACH & REHBERQ 30189H ANWALTSSOZIETÄT B1BRACH ,rehbero, Postfach ^, D-34«> gott.noen " PATENTANWALT DIPL-INQ. RUDOLF BI BRACH PATENTANWALT DIPL-INQ. ELMAR REHBERQ RECHTSANWALTIN MICHAELA BIBRACH-BRANDIS IHR SCHREIBEN VOMTELEFON: (0551) 45Ο34/3Ίι!(BLZ !501003O) NR. 115763-301YOUR LETTERTELEX: 96416 bipalPOSTSCHECKKONTO: HANNOVERDEUTSCHE BANK AQ GÖTTINOEN(BLZ 260700721 NR. 01/85900BANKKONTEN:COMMERZBANK GtJTTINGEN(BLZ 26040030) NR 6425722•D-3400 QÖTTINQEN,PUTTERWEG 6UNSER ZEICHEN16.05.1980IHR ZEICHENOUR REF.YOUR REF.10.604/k3 Instrument AB Scanditronix, S-18354 Täby, of Eskadervägen Verfahren und Vorrichtung zum Bestrahlen eines umgrenzten Materievolumens mit einem hochenergetischen Teilchenstrahl Patentansprüche :

1. Verfahren zur Bestrahlung eines umgrenzten, in größere Tiefe liegenden Materievolumens mit einem hochenergetischen Strahljgeladener oder ungeladener Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einer Strahlungsquelle kommende Strahl elektromagnetisch in zwei orthogonale Richtungen derart abgelenkt wird, daß der Strahl zunächst in eine erste Ebene gelenkt und darauf in dieser Ebene in den Raum geleitet und schließlich in eine zur ersten Ebene senkrechten Ebene abgelenkt wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Texlchenstrahl in Form von Schauern oder Impulsen abgestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster, gemäß welchem der Strahl abgelenkt wird, nur einmal durchlaufen wird und die Zeitdauer der einzelnen Schauer oder Impulse sehr kurz gehalten wird, so daß die gesamte örtliche Strahlendosis durch einen einzigen Impuls sehr hoher Dosisrate erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das Ablenken in mindestens einer Ebene schrittweise erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jedes Schrittes im Verhältnis zur Dosis des vorangegangenen Schauers gesteuert wird und zeitweise Intensitätsschwankungen der aufeinanderfolgenden Schauer des von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahles ausgeglichen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Ablenken des Strahles schrittweise in zwei orthogonalen Ebenen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkmuster des abgelenkten Strahles den Kreuzungspunkten eines Gitters folgt, um die sogenannte Gitter- oder Siebtherapie zu ermöglichen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, daäirch gekennzeichnet, daß die Randgebiete des zu betrahlenden Bereiches mit zwei Impulsschauern (doppelte Dosis) bestrahlt werden, um die Homogenität der Dosisverteilung in den Randbereichen zu verbessern.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl freilaufend über die Eintrittsfläche des zu bestrahlenden Volumens geführt wird.

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7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 mit einem strahloptischen System im Strahlengang des von einer Strahlungsquelle ausgehenden Strahles, dadurch gekennzeichnet, daß das strahloptische System in Strahlrichtung gesehen einen ersten Steuermagneten (1a, b), einen Ablenkmagneten (3a, b) und einen zweiten Steuermagneten (5a, b) enthält, wobei der erste Steuermagnet (1a, b) den Strahl in die Ablenkebene des Ablenkmagneten (3a, b) leitet und der zweite Steuermagnet (5a, b) den Strahl in eine senkrecht zur Ablenkebene gelegene Ebene steuert, während der Ablenkmagnet (3a, b) relativ zu Steuermagneten (1a, b und 5a, b) so angeordnet ist, daß er das effektive SteuerZentrum (2) des ersten Steuermagneten (1a, b) in einem Punkt abbildet, der mit dem effektiven SteuerZentrum (6) zusammenfällt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn—zeichnet, daß Korrekturmagnete zwischen dem zweiten Steuermagneten (5a, b) und der Eintrittsfläche des zu bestrahlenden Volumens derart eingeschaltet sind, daß der abgelenkte Strahl auf die Eintrittsfläche im rechten Winkel auftrifft.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 mit einer Strahlenquelle für Elektronen, Protonen oder Deutronen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Target (8) in Strahlrichtung gesehen dicht unter dem effektiven SteuerZentrum (6) des zweiten Steuermagneten (5a, b) angeordnet ist, so daß das Materievolumen von einem gesteuerten Photonen oder Neutronenstrahl bestrahlt wird, welcher isotrop aus dem effektiven SteuerZentrum (6) des zweiten Steuermagneten (5a, b) austritt und zwar unabhängig von der Energie der Teilchenstrahlung (e , p, d), die in das strahloptische System einfällt.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transmissionstarget (8) in Strahlrichtung gesehen dicht unter dem effektiven SteuerZentrum (6) des zweiten Steuermagneten (5a, b) angeordnet ist und zusätzlich ein Ablenkmagnet zwischen dem zweiten Steuermagneten (5a, b) und der Eintrittsfläche des zu bestrahlenden Volumens, welcher die Elektronen, Protonen und Deutronen des Strahles ableitet, so daß der durch die Wechselwirkung der Teilchen mit dem Transmissionstarget (8) erzeugte Photonen- oder Neutronenstrahl gesteuert werden kann, um das umgrenzte Materievolumen mit einem schmalen Photonenoder Neutronenstrahl bei guter Dosishomogenität zu bestrahlen.

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