DE948438C

DE948438C - Device for determining the dose distribution caused by rotational radiation in a homogeneous body

Info

Publication number: DE948438C
Application number: DES36317A
Authority: DE
Inventors: John Erwin O'connor
Original assignee: JOHN ERWIN O CONNOR
Current assignee: JOHN ERWIN O CONNOR
Priority date: 1953-09-25
Filing date: 1953-11-14
Publication date: 1956-08-30

Description

Gerät zur Ermittlung der durch Rotationsbestrahlung bewirkten Dosisverteilung in einem homogenen Körper Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät zur Ermittelung der Dosisverteilung in einem von elektron magnetischer Strahlung oder von Korpuskularstrahlen durchsetzten homogenen Körper beliebiger Form für den Fall einer Rotationsbestrahlung mit senkrechtem Einfall des Zentralstrahls auf die im Körper liegende Rotationsachse, festhleibendem Abstand Strahlenquelle-Rotationsachse und gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit.Device for determining the dose distribution caused by rotational irradiation in a homogeneous body The invention relates to a device for determining the dose distribution in one of electronic magnetic radiation or of corpuscular rays interspersed homogeneous body of any shape in the event of rotary irradiation with perpendicular incidence of the central ray on the axis of rotation in the body, fixed distance between the radiation source and the axis of rotation and uniform angular velocity.

Zweck dieser Rotationsbestrahlung ist, an einer vorgegebenen Stelle im Körper - dem Konvergenzzentrum des Strahlenbündels - eine große Dosis zu applizieren, ohne gleichzeitig die Oberfläche des Körpers mit einer großen Dosis zu lasten. The purpose of this rotary irradiation is at a given location to apply a large dose in the body - the center of convergence of the beam, without burdening the surface of the body with a large dose at the same time.

Die einfachsten Arten der Rotationsbesftahlung sind: I. Die Strahlenquelle bewegt sich auf dem Umfang eines Kreises; im Innenraum des. Kreises liegt der Körper in Ruhe; das Konvergenzzentrum ist der Mittelpunkt des Kreises. 2. Die Strahlenquelle ist in Ruhe; der Körper wird um eine ihn schneidende Achse gedreht; das Konvergenzzentrum ist der Schnittpunkt der Achse mit der Ebene, die der Zentralstrahl des Röntgenstrahlenbündels während der Drehbewegung durch den Körper schneidet. The simplest types of rotating treatment are: I. The radiation source moves on the circumference of a circle; in the interior of the circle lies the body at rest; the center of convergence is the center of the circle. 2. The Radiation source is at rest; the body is rotated about an axis that intersects it; the center of convergence is the intersection of the axis with the plane containing the central ray of the X-ray beam cuts through the body as it rotates.

Zur Berechnung der bei einer Rotationsbestrahlung erzeugten Dosisverteilung ist es erforderlich, die Dosisverteilung in jeder relativen Winkellage der Strahlenquelle gegenüber dem Körper zu kennen und die Dosisverteilung über alle Winkellagen. zu integrieren. For calculating the dose distribution generated during rotary irradiation it is necessary to determine the dose distribution in each relative angular position of the radiation source to know the body and the dose distribution over all angular positions. to integrate.

Folgende Parameter sind bierbei zu berücksichtigen: I. Härte der Strahlung, 2. Intensität der Strahlung, 3. Öffnungswinkel des Strahlenbündels, 4. Abstand zwischen Strahlenquelle (Fokus) und Körperoberfläche (FK), 5. Abstand zwischen Strahlenquelle (Fokus) und Konvergenz zentrum (FZ), 6. Körperquerschnitt in der Ebene, die der Zentralstrahl des Strahlenbündels während der Bestrahlung durch den Körper schneidet, 7. Relativbewegung zwischen Körper und Fokus hinsichtlich Winkelgeschwindigkeit und zu - durohlaufendem Winkelbereich. The following parameters are to be taken into account: I. Hardness of the Radiation, 2. intensity of radiation, 3. opening angle of the beam, 4. Distance between radiation source (focus) and body surface (FK), 5. Distance between Radiation source (focus) and convergence center (FZ), 6th body cross-section in the Plane that the central ray of the beam during irradiation through the Body intersects, 7. Relative movement between body and focus in terms of angular velocity and to - continuous angular range.

Die sich auf Grund der Parameter I bis 4 in einem homogenen Körper ergebende Verteilung der Dosisleistung ist aus bekannten Tabellen zu entnehmen. Die Parameter 5 bis 7 treten bei der vor liegenden Rotationsbestrahlung hinzu; haben von Fall zu Fall verschiedene Werte und werden daher in der Regel durch numerische Rechnung berücksichtigt. Which are based on parameters I to 4 in a homogeneous body The resulting distribution of the dose rate can be found in known tables. The parameters 5 to 7 are added to the existing rotary irradiation; to have Values differ from case to case and are therefore usually replaced by numeric Invoice taken into account.

Es ist bekannt, diese numerische Rechnung vollautomatisch mit elektronischen Hilfsmitteln durch zuführen. Das. hierzu notwendige Gerät ist jedoch verhältnismäßig kostspielig und kann daher nur schränkt Anwendung finden. It is known to use this numerical calculation fully automatically with electronic Carry out aids. That. however, the device required for this is proportionate expensive and can therefore only be used to a limited extent.

Der Erfindung, die in den Patentansprüchen im einzelnen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, ein billig herstellbares Rechengerät anzugeben, das die Berechnung der Dosisverteilung bei der vorliegenden Rotationsbestrahlung auf Grund tabellierter und von Hand einzustellen, der Werte halbautomatisch in der Art eines Rechenschiebers durchzuführen gestattet. Hierzu wird ein stark vereinfachtes, geometrisch ähnliches Modell des den Körper durchstrahlenden Teiles des Strahlenbündels und des zu durchstrahlenden Körpers hergestellt, der Bestrahlungsablauf modellmäßig durchgeführt und die sich an einem beliebigen vorgegebe neu Oft im Körper ergebenden Dosiswerte mittels einer Vorrichtung halbautomatisch und rein mechanisch integriert. The invention, which is characterized in the claims in detail is, the task is to provide a cheap to manufacture computing device, this is the calculation of the dose distribution for the rotary irradiation present on the basis of tabulated and manually set, the values semi-automatically in the Type of slide rule allowed to carry out. For this purpose, a greatly simplified, geometrically similar model of the part of the beam radiating through the body and of the body to be irradiated, the irradiation process as a model carried out and which arise at any given new often in the body Dose values integrated semi-automatically and purely mechanically by means of a device.

Fig. I stellt den Teil des Rechengerätes dar, der nach den Parametern I bis 4 zu eichen ist Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Gerät nach Fig. I in der LinieA-A. Fig. I shows the part of the arithmetic unit that is after the parameters I to 4 is to be calibrated. FIG. 2 shows a section through the device according to FIG the line A-A.

Fig. 3 gibt die Kombination des - vereinfacht nach Fig. I dargestellten - Teiles mit zusätzlichen Teilen wieder, die die spezielle Körperform und den speziellen Bewegungsablauf berücksichtigen und die Vereinigung dieser Teile mit der Integriervorrichtung. Fig. 3 gives the combination of the - shown in simplified form according to FIG - Part with additional parts again, which the special body shape and the special Take into account the sequence of movements and the union of these parts with the integrating device.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch das Gerät nach Fig.3 in der LinieB-B. Fig. 4 shows a section through the device according to Fig. 3 in the line B-B.

Nach Fig. I und 2 ist in eine Grundplatte I eine verschiebhare Platte 2 eingelassen, die von einer fest mit der Grundplatte verbundenen Platte 3 abgedeckt ist Die Form der Platte 3 entspricht einem Sohnitt durch das Strahlenbündel in einer seine zentrale Achse enthaltenden Ebene und ist daher trapezartig. Die fokusnahe Begrenzungslinie 4 der Platte 3 ist durch den kleinsten, die fokusferne Be grenzungslinie 5 durch den größten praktisch vorkommenden Abstand Fokus - Körperoberfläche FK gegeben; Die seitlichen Begrenzungslinien 6 und 7 entsprechen der seitlichen Begrenzung des Strahlenbündels. Auf die Platte 3 sind in gleichbleibenden Abständen Isodosenlinien 8 aufgezeichnet, und in der Höhe jeder Isodosenlinie 8 gegeneinander versetzt Fenster 9 ausgespart, durch welche die verschiebbare Platte 2 sichtbar ist. Außerdem ist auf der Platte 3 eine Achse Z, die das Konvergenzzentrum markiert, angebracht. In Berührung mit den seitlichen Begrenzungen 6 und 7 der festen Platte3 sind weitere verschiebbare Platten 10 und I I angeordnet und über Gelenke 12 und I3, Führungsstäben 14 und 15 und weiteren Gelenken 16 und I7 mit einem an der verschiebbaren Platte2 vorgesehen nen Steg I8 so verbunden, daß die Platten 2, 10 und 11 sich zwangläufig miteinander bewegen. Die derart miteinander verbundenen Platten 2, 10 und ii einschließlich ihrer Verbindungsmittel werden im weiteren Schieber genannt Auf den Seitenplatten 10 und 11 des Schiebers sind Isodosenlinien 19 eingetragen, die näherungsweise die von- -dem Hauptstrahlenbündel ausgehende Streustrahlung berücksichtigen, wenn die Strahlung auf den Bereich K in Höhe der oberen Kanten 20 und 21 der Seitenplatten 10 und 11 auf die Körperoberfläche auftreffern. Die Körperoberfläche wird demnach durch die Verbindungsstrecke- K der Kanten 20 und 21 modellmäßig dargestellt. In Höhe der Isodosenlinien 19 sind wiederum Fenster 22 ausgespart, durch welche die Grundplatte I sichtbar ist. Während der Bestrahlung ändert sich laufend der Ab stand zwischen Fokus und Körperoberfläche F K. According to Fig. I and 2 in a base plate I is a sliding plate 2 let in, which is covered by a plate 3 firmly connected to the base plate The shape of the plate 3 corresponds to a sonicity through the bundle of rays in one its central axis containing plane and is therefore trapezoidal. The near-focus Boundary line 4 of the plate 3 is through the smallest, the focal Be delimitation line 5 given by the greatest practically occurring distance focus - body surface FK; The lateral boundary lines 6 and 7 correspond to the lateral boundary of the Bundle of rays. On the plate 3 are isodose lines at constant intervals 8, and windows offset from one another at the height of each isodose line 8 9 cut out, through which the sliding plate 2 is visible. Also is on the plate 3 an axis Z marking the center of convergence is attached. In Contact with the lateral boundaries 6 and 7 of the fixed plate 3 are further Slidable plates 10 and I I arranged and joints 12 and I3, guide rods 14 and 15 and further joints 16 and I7 with one on the sliding plate2 provided NEN web I8 connected so that the plates 2, 10 and 11 inevitably move together. The plates 2, 10 and ii connected to one another in this way, including Their connecting means are referred to below as slides on the side panels 10 and 11 of the slide are isodose lines 19 which approximate the Consider scattered radiation emanating from the main beam if the Radiation on the area K at the level of the upper edges 20 and 21 of the side plates 10 and 11 strike the surface of the body. The body surface becomes accordingly represented by the connection path K of the edges 20 and 21 as a model. In The height of the isodose lines 19 are in turn cut out windows 22 through which the Base plate I is visible. The distance changes continuously during the irradiation between focus and body surface F K.

Der Abstand zwischen Fokus und Konvergenzzentrum FZ bleibt fest Der Abstand zwischen dem Konvergenzzentrum und der Körperoberfläche ZK ist durch FZ minus FK bestimmt und somit durch den Abstand zwischen Z und der Verbindungsstrecke der oberen Kante 20, 21 des Schiebers einstellbar. Ist'diese Einstellung für einen bestimmten Abstand FK vorgenommen, wird die Verteilung der Dosisleistung im Körper auf Grund der Parameter I bis 4 aus den bekannten Tabellen entnommen und auf den jeweiligen Isodosenlinien durch die Fenster g und die Fenster 22 auf den Schieber bzw. auf die Grundplatte 1 eingetragen. Dies geschieht für jeden während der Bestrahlung praktisch vorkommenden Abstand FK in Intervallen, die den Abständen zwischen den Isodosenlinien 8 gleich sind. Die einmaligen Vorbereitungen für die Anwendung des Rechengerätes sind damit beendet.The distance between the focus and the convergence center FZ remains fixed Distance between the center of convergence and the body surface ZK is given by FZ minus FK and thus determined by the distance between Z and the connecting line the upper edge 20, 21 of the slide adjustable. Is that setting for one A certain distance FK is made, the distribution of the dose rate in the body on the basis of parameters I to 4 taken from the known tables and on the respective isodose lines through the window g and the window 22 on the slide or entered on the base plate 1. This happens for everyone during the irradiation practically occurring distance FK at intervals that correspond to the distances between the Isodose lines 8 are the same. The one-time preparations for the Use of the computing device is thus ended.

Zur Berechnung der Dosisvertellung bei einer speziellen Bestrahlung wird nach Fig. 3 und 4 auf die durch das Konvergenzzentrum gehende Achse Z drehbar eine durchsichtige Scheibe 23 aufgelegt und auf dieser Scheibe 23 ein Querschnitt des Körpers 24 so aufgezeichnet, daß das beabsichtigte Konvergenzzentrum im Körper mit der Achse in Z übereinstimmt. Außerdem wird auf die Achse Z das Ende eines mit einer linearen Skala versehenen Steges 25 gelegt. Das andere Ende dieses Steges ist über einen Bock 26 fest mit der Grundplatte verbunden. Auf dem Steg ist ein Reiter 27 angeordnet. To calculate the dose distribution for a special radiation is rotatable according to FIGS. 3 and 4 on the axis Z passing through the center of convergence a transparent disk 23 is placed and on this disk 23 a cross section of the body 24 recorded so that the intended center of convergence in the body coincides with the axis in Z. In addition, the end of a with is on the Z axis a linear scale provided web 25 placed. The other end of this bridge is firmly connected to the base plate via a bracket 26. There's a on the jetty Rider 27 arranged.

Dieser Reiter 27 enthält Lager für ein Rad 28 und trägt eine Skala 29 zur Ermittlung der Winkellage des Rades 28, das hierzu mit einer - nicht dargetellten - MArkierung versehen ist. Der Umfang des Rades 28 ist mit einem Material großer Haftreibung abgedeckt und berührt die Scheibe 23, so daß sich bei einer Drehung der Scheibe 23 auch das Rad 28 dreht. Ist die lineare Skala auf dem Steg 25 von innen nach außen mit Zahlen versehen, die in linearer Aufteilung den vorkommenden Dosisleistungen L entsprechen, und wird etwa die Kante 30 des Schiebers 27 auf eine dieser Dosisleistungen eingestellt, so ist bei einer Drehung der Scheibe 23 um einen gewissen Winkel a der Drehwinkel des Rades 28 ß proportional dem Produkt aus Dosisleistung L und Winkel a. Bei einer gleichförmigen Winkelgeschwindigkeit während der Rotaflonsbestrahlung - die vorausgesetzt wird - ist überdies der Winkel a proportional zur Bestrahlungszeit t und damit fl proportional zum Produkt aus L und A, also zur Dosis. Demgemäß ist die den Winkel ß anzeigende Skala 29 in Dosiswerten zu eichen.This rider 27 contains bearings for a wheel 28 and carries a scale 29 to determine the angular position of the wheel 28, which for this purpose with a - not shown - Marking is provided. The circumference of the wheel 28 is large with a material Covered static friction and touches the disc 23, so that upon rotation the disk 23 also rotates the wheel 28. The linear scale on the web is 25 of inside out with numbers that are linearly divided up with the occurring Dose rates L correspond, and is approximately the edge 30 of the slide 27 on a These dose rates are set, so when the disk 23 is rotated by one certain angle α the angle of rotation of the wheel 28 ß proportional to the product of the dose rate L and angle a. At a uniform angular velocity during Rotaflon irradiation - which is assumed - the angle α is also proportional to the irradiation time t and therefore fl proportional to the product of L and A, i.e. the dose. Accordingly is to calibrate the angle ß indicating scale 29 in dose values.

Um beispielsweise während einer Rundbestrahlung (Relativdrehung Körper zu Fokus 3600) die Dosis am Ort P im Körper zu bestimmen, werden die Kanten 20 und 21 des Schiebers in die Höhe der Isodosenlinie gebracht, die dem auf der Scheibe 23 eingezeichneten Körperumriß am nächsten ist, und die Dosisleistung in dem Fenster, das an der dem Ort P am nächsten liegenden Isodosenlinie ausgespart ist, abgelesen. Die Kante 30 des Reiters 27 wird auf die abgelesene Dosisleistung eingestellt. For example, during a round irradiation (relative rotation of the body to focus 3600) to determine the dose at location P in the body, edges 20 and 21 of the slide is brought to the level of the isodose line that corresponds to the one on the disk 23 is closest to the body outline drawn in, and the dose rate in the window which is cut out at the isodose line closest to location P. The edge 30 of the tab 27 is set to the dose rate read off.

Dann wird die Scheibe 23 um einen Winkel a1 so weit gedreht, bis der Körperumriß die nächste benachbarte Isodosenlinie berührt. Der an der Skala 29 abgelesene Winkel fl1 entspricht dann der in P nach Überstreichen des Winkels au applizierten Dosis. Nunmehr wird wieder die Dosisleistung in dem Fenster abgelesen, das an der dem Ort P am nächsten liegenden Isodosenlinie ausgespart ist, der Reiter 27, ohne am Rad 28 zu drehen, auf die neue Dosisleistung eingestellt und die Scheibe 23 um einen weiteren Winkel a2 gedreht, bis der Körperumriß wieder die nächste Benachbarte Isodosenlinie berührt. Das Rad 28 hat sich dann entsprechend der im Winkelbereich a2 applizierten Dosis um den Winkel ß2 gedreht, und dieser Winkel ß2 hat sich zu dem Winkel t addiert. So wird fortgefahren, bis die Scheibe um 3600 gedreht ist. Die Winkeldrehung des Rades 28 wird dann als Dosis am OrtP abgelesen. Da sich häufig das Rad 28 mehrfach um sich selbst dreht, kann es zweckmäßig sein, einen an sich bekannten Umdrehungszähler einzubauen.Then the disc 23 is rotated by an angle a1 until the Body outline touches the next adjacent isodose line. The reading on the 29 scale Angle fl1 then corresponds to that applied in P after sweeping over the angle au Dose. Now the dose rate is read again in the window that is on the isodose line closest to location P is omitted, tab 27, without to rotate the wheel 28, set to the new dose rate and the disk 23 to rotated another angle a2 until the body outline is again the next neighbor Isodose line touched. The wheel 28 has then according to the angle range a2 applied dose rotated by the angle ß2, and this angle ß2 has to added to the angle t. This continues until the disk is rotated 3600. The angular rotation of wheel 28 is then read as the dose at location P. As often the wheel 28 rotates around itself several times, it may be useful to have a known revolution counter.

Das erfindungsgemäße Gerät ist zur Berechnung der Dosis bei einer Bestrahlung eines beliebig geformten Körpers über einen Beliebigen Winkelbereich geeignet, wenn die Härte der Strahlen, ihre Intensität, der t5ffnungswinkel des Strahlenbündels, der Abstand zwischen Fokus und Konvergenzzentrum und außerdem die Winkelgeschwindigkeit während der Rotationsbestrahlung festliegt. Es wird daher erforderlich, bei einer Änderung dieser festen Werte das Gerät mit neuen Tabellenwerten zu versehen oder ein zweites Gerät zu verwenden. The device according to the invention is for calculating the dose at a Irradiation of an arbitrarily shaped body over an arbitrary angular range suitable if the hardness of the rays, their intensity, the opening angle of the Ray bundle, the distance between the focus and the center of convergence and also the Angular velocity is fixed during the rotary irradiation. It will therefore required, if these fixed values are changed, the device with new table values to provide or to use a second device.

Dieser Nachteil des Geräts wird jedoch aufgehoben durch die Einfachheit seiner Konstruktion und seine äußerst einfache' Herstellung. Zudem arbeitet der Integrator, bestehend aus dem Steg 25 und dem Reiter 27, unabhängig von der jeweiligen Eichung und kann für jede irgendwie geeichte Platte unverändert benutzt werden.However, this disadvantage of the device is offset by its simplicity its construction and its extremely simple manufacture. In addition, the Integrator, consisting of the web 25 and the tab 27, regardless of the respective Calibration and can be used unchanged for any calibrated plate.

Claims

PATENT CLAIMS.

I. Device for determining the dose distribution in one of electromagnetic Radiation or any homogeneous body interspersed with corpuscular rays Shape for the case of rotational irradiation with perpendicular incidence of the central ray on the axis of rotation in the body, at a fixed distance from the radiation source - axis of rotation and uniform angular velocity, characterized in that that the part of the beam penetrating the body is in a central one Axis of the beam containing the sectional plane modeled through a plate (3) is shown, on this plate in the center of convergence (Z) a disc (23), on which the body to be irradiated cross section (24) is marked, rotatably mounted is, a slider (2, 10, 11) on which for each distance between centers of convergence (Z) and body surface (K) the dose distribution is recorded, next to and / or is slidably mounted over and / or on the plate, and one by rotating the disc (23) operated integrating device is provided, which for each irradiation direction to integrate resulting dose values at a fixed location in the body 2. Apparatus according to claim I, characterized in that the slide (2, 10, I I) consists of inevitably interconnected parts (2, 10, 11), which under or over and to the side of the plate representing the beam (3) leads ge.

3. Apparatus according to claim 1 1 and 2, characterized in that on the plate (3) representing the X-ray beam and on the laterally guided Divide the slide (10, 11) isodose lines (8, I9) marked and in height this Isodose lines (8, 19) set against each other, windows (9, 22) are cut out.

4. Apparatus according to claim I, characterized in that the integrating device from a web (25) mounted in the convergence center (Z), one on this web (25) slidably arranged tab (27) and one connected to the tab and on of the disc (23) stationary, also rotating when the disc rotates Wheel (28) consists.