DE3335802C2

DE3335802C2 - Vorrichtung zur Bestrahlung von biologischem Material mit energiereicher Strahlung

Info

Publication number: DE3335802C2
Application number: DE19833335802
Authority: DE
Inventors: Wieland Dipl.-Ing. 5112 Beasweiler Friedrich; Georgi Dipl.-Chem. Dr. Sofia Graschew
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1983-10-01
Filing date: 1983-10-01
Publication date: 1987-04-09
Also published as: DE3335802A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Bestrahlung von biologischem Material, insbesondere von Patienten, mit harter elektromagnetischer oder energiereicher Teilchenstrahlung umfaßt Einrichtungen zur automatischen fernbedienten abrupten Änderung der Dosisleistung, wodurch Bestrahlungsprogramme mit wählbarer unterschiedlicher Dosisleistung und Bestrahlungszeit möglich sind. Bevorzugte Ausgestaltung ist eine γ-Strahlenquelle, deren Strahlenfeld durch eine Serie von übereinander angeordneten, gesondert verfahrbaren Abschirmplatten abgeschirmt wird. Diese Abschirmplatten sind insbesondere in bekannter Weise zweigeteilt mit gegenläufig verfahrbaren Teilen, wobei die Kontaktflächen als sich ergänzende Keilflächen ausgebildet sind. Vorzugsweise sind fünf Abschirmplatten mit einem Dicken- bzw. Flächengewichtsverhältnis von 5 : 2 : 2 : 1 : 5 vorgesehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestrahlung von biologischem Material mit harter elektromagnetischer oder energiereicher Teilchenstrahlung mit elektrischen oder Abschirmmitteln zur fernbedienten Auslösung und Unterbrechung der Strahlungseinwirkung.
Sie bezieht sich insbesondere auf eine Bestrahlungsvorrichtung mit einer Gammastrahlenquelle in einem Gehäuse mit einer Feldblende mit fernbedient verfahrbarer Feldabschirmung in Form von übereinander angeordneten Abschirmplatten.
Der Begriff "Gammastrahlenquelle", wie er hier benutzt wird, soll sowohl radioaktive Strahler, wie z. B. ⁶⁰Co, als auch elektrisch betriebene Strahlenquellen, wie insbesondere harte Röntgenstrahlenquellen, z. B. Linearbeschleuniger, umfassen.
Die Bestrahlungsbehandlung von bösartigen Tumoren ist eine seit Jahren bewährte und verfeinerte Technik, insbesondere die postoperative Bestrahlung, um mögliche Sekundärausschüttungen aufgrund nichtentfernter Tumorreste zu verhüten.
Optimiert wurden dabei insbesondere die Strahlenenergie, Dosisleistung und Fokussierung der aufzubringenden Strahlen, und es wurden stationäre und auch bewegte Bestrahlungsanlagen konzipiert.
Bei allen bisher bekannten Bestrahlungstechniken wurde jedoch jeweils nur mit einer vom Gerät abhängigen, praktisch konstanten Dosisleistung bestrahlt.
So ist aus der DE-AS 25 26 294 eine Bestrahlungsvorrichtung bekannt, bei der die Strahlung einer Strahlenquelle wie eines Radioisotops oder eines Beschleunigers durch ein Steuersystem mit Abschaltautomatik freigegeben oder unterbrochen wird. Diese Abschaltautomatik umfaßt einen Haupt- und einen Kontrollmonitor, die bei Erreichen der vorwählbaren zu applizierenden Dosis einen Schaltimpuls für die selbsttätige abrupte Unterbrechung der Strahlungseinwirkung auf den Patienten sorgen.
Aus der GB-PS 12 69 900 ist eine für Strahlentherapie entwickelte Bestrahlungsvorrichtung bekannt, bei der eine als Feldblende und Verschluß wirkende Anordnung aus einem Paket von Abschirmplatten fernbedient verfahrbar ist. Dabei werden übereinander vorgesehene Plattenpaare gleichzeitig bewegt, so daß eine abrupte, wählbar begrenzte Freigabe bzw. Unterbrechung der Strahlung einer hinter den Platten angeordneten Strahlenquelle möglich ist.
Beide Geräte dienen jeweils zur Bestrahlung insbesondere von Patienten mit einer im wesentlichen gleichbleibenden Dosisleistung bis zur Erreichung einer bestimmten applizierten Dosis, wobei gegebenenfalls für eine gewünschte lokale Begrenzung des Bestrahlungsfeldes gesorgt werden kann.
Die therapeutische Wirkung der Strahlenbehandlung mit Hilfe dieser Vorrichtungen ist nicht einhellig zufriedenstellend.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Bestrahlungsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art, die beim Einsatz in der Strahlentherapie die Entfaltung einer verstärkten Hemmwirkung auf das Wachstum von Tumorzellen ermöglicht.
Die zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Bestrahlungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen oder Abschirmmittel mit Einrichtungen zur stufenweisen Änderung der Dosisleistung am Bestrahlungsort für eine Bestrahlungsfolge mit unterschiedlichen von Null verschiedenen Dosisleistungen versehen sind.
Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß eine abrupte Veränderung der Dosisleistung während der Bestrahlung und Anwendung unterschiedlicher Dosisleistungen eine größere biologische Wirkung zur Folge hat als eine Bestrahlung mit gleichbleibender Dosisleistung (bei Applikation gleicher Dosen).
Dieses für alle Arten energiereicher Strahlung, wie Gamma- oder Teilchenstrahlung, nützliche Konzept, mit dem eine kurzzeitige Schockwirkung auf ein Zellmaterial und anschließende Adaption auf Phasen der Zellentwicklung möglich ist, kann bei elektrisch betriebenen Geräten, wie Beschleunigern, durch entsprechende Umschalteinrichtungen zur Variation der Stromstärke bzw. Strahlungsintensität realisiert werden.
Besonders zweckmäßig ist jedoch seine Anwendung in Verbindung mit einer Gammastrahlenquelle mit radioaktiven Strahlen, wie z. B. einer ⁶⁰Co-Quelle, bei der die Feldabschirmung durch eine Bestrahlung mit unterschiedlicher Dosisleistung zulassende Mehrzahl von gesondert verfahrbaren Abschirmplatten gebildet wird.
Bei diesem Gerät kann die Dosisleistung während des Bestrahlungsprozesses ohne dessen Unterbrechung automatisch und schnell verändert werden. Dabei werden selbstverständlich Applikationsprogramme mit gerätabhängiger, linearer Steigerung bzw. Veränderung der Dosisleistung ebensowenig ausgeschlossen wie die bekannte Technik der Dosisapplikation mit bewegter Strahlenquelle bzw. verändertem Bestrahlungsfeld.
Für die Abschirmplatten können in bekannter Weise Materialien, wie Blei, Wismut, Uran, usw., jeweils einzeln oder kombiniert angewandt werden. Die Wahl der Plattenzahl und Plattendicken hängt von den beabsichtigten Bestrahlungsprogrammen ab. Zweckmäßig erscheint eine Dicken- bzw. Flächengewichtsstaffelung von 5 : 2 : 2 : 1 : 5, die eine Staffelung der Dosisleistung und Änderung um drei Zehnerpotenzen zuläßt.
Durch die Abschirmplatten wird das Energiespektrum der Strahler einer γ-Strahlenquelle aufgehärtet, wodurch ein geringfügig verbesserter Tiefendosisverlauf und eine verringerte Oberflächendosis erzielt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert; es zeigt
Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Bestrahlungsvorrichtung;
Fig. 2 eine Abschirmplattenanordnung mit zugehörigem Diagramm; und
Fig. 3 Tumorwachstumskurven.
Gemäß Fig. 1 ist eine Bestrahlungsanlage 1 wie ein Gammatron ® der Firma Siemens mit einem Bestrahlungsfeld 1&min; unmittelbar unterhalb der Feldblende 2 mit einer im wesentlichen durch Abschirmplatten 3 gebildeten Feldabschirmung versehen. Diese Abschirmplatten 3 sind in einem Gehäuse 4 untergebracht und mit Hilfe eines Linearantriebes 5 verfahrbar. Unmittelbar unterhalb der Plattenanordnung befindet sich ein Dosismeßgerät 6, mit dessen Hilfe eine Programmsteuerung der Plattenbewegung möglich ist.
Die Abschirmplatten 3 sind mit schrägverlaufender Trennfuge 3&min; geteilt und die beiden Teile gleichzeitig voneinander weg oder aufeinander zu mit Anschlag koplanar verfahrbar.
Die Position des nur angedeuteten Strahlungsmeßgerätes 6 kann wahlweise verändert werden. Es kontrolliert die erzielte Dosisleistung und bietet damit die Möglichkeit, deren Verlauf während der Bestrahlungszeit zu registrieren sowie mit Hilfe einer elektronischen Vorrichtung automatisch die Bewegung der Abschirmplatten 3 zu steuern.
Um die vorteilhafte Wirkung der abrupten Änderung der Dosisleistung während der Bestrahlung auf die Tumorwachstumsverzögerung aufzuzeigen, wurde folgender Versuch durchgeführt:
Das Tumorwachstum wurde bei Mäusen über einen Zeitraum von bis zu mehr als 40 Tagen überwacht, und zwar wurde eine Aufteilung der Tiere in drei Gruppen vorgenommen. Eine Gruppe diente als Kontrollgruppe, die nicht bestrahlt wurde (Gruppe 1; Kurve A). Die Gruppe 2 wurde nach 10 Tagen dreimal mit einem Abstand von jeweils 12 Stunden mit 9 Gy bestrahlt, wobei jeweils 22,5 min lang mit konstanter Dosisleistung von 0,4 Gy/min bestrahlt wurde. Wie Kurve B zeigt, wurde auf diese Weise eine Wachstumsverzögerung von etwa 10 Tagen erreicht.
Die Gruppe 3 erhielt ebenfalls drei Bestrahlungen mit jeweils insgesamt 9 Gy mit einem jeweiligen Zeitabstand von 12 Stunden. Jedoch wurde in diesem Falle bei jeder Bestrahlung zunächst 3,75 min lang mit 1,6 Gy/min und unmittelbar anschließend 30 Minuten lang mit 0,1 Gy/min bestrahlt. Wie aus Kurve C hervorgeht, wurde mit diesem Bestrahlungsprogramm mit zwei unterschiedlichen Dosisleistungen eine Wachstumsverzögerung um etwa 18 Tage erreicht.
Die erzielte, vorteilhafte Hemmwirkung auf das Tumorwachstum zeigt sich auch noch nach längerer Zeit, wie aus den Kurven hervorgeht: so wird eine Volumenzunahme um den Faktor 10 bei Gruppe 1 nach etwa 19 Tagen, bei Gruppe 2 nach etwa 30 Tagen und bei der mit zwei unterschiedlichen Dosisleistungen bestrahlten Gruppe 3 erst nach 42 Tagen erreicht.

Claims

1. Vorrichtung zur Bestrahlung von biologischem Material mit harter elektromagnetischer oder energiereicher Teilchenstrahlung mit elektrischen oder Abschirmmitteln zur fernbedienten Auslösung und Unterbrechung der Strahlungseinwirkung, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen oder Abschirmmittel mit Einrichtungen zur stufenweisen Änderung der Dosisleistung am Bestrahlungsort für eine Bestrahlungsfolge mit unterschiedlichen von Null verschiedenen Dosisleistungen versehen sind.

2. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Gammastrahlenquelle in einem Gehäuse mit einer Feldblende mit fernbedient verfahrbarer Feldabschirmung in Form von übereinander angeordneten Abschirmplatten, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmplatten zur Herbeiführung von Bestrahlungen mit unterschiedlicher Dosisleistung unabhängig voneinander in Abschirm- oder Öffnungsposition verbringbar sind.

3. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Platten in bekannter Weise zweigeteilt und die beiden Teile gegenläufig verfahrbar sind, wobei ihre Kontaktflächen durch sich ergänzende Keilflächen gebildet werden.

4. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch fünf Abschirmplatten mit einem Dicken- bzw. Flächengewichtsverhältnis von 5 : 2 : 2 : 1 : 5.