SE530013C2 - Anordning för mätning av absorberad dos i ett joniserande strålfält, samt användning av anordningen - Google Patents

Description

öxšbæflOäšfl-IÄQJBJJ .i n) ...x BJ ._\ CO ...x Jä- _; C11 ...x O) _\ Q _x m .A CO |\J O IU _\ I\J k) k) OO k) à IQ 01 I\) O) k? N h) æ I\J (0 OO O (a) _\ OO k) 00 OJ 530 013 Vanliga former av behandling med brachyterapi är permanent inplantering av I-25 eller Pd-103 seeds i prostatakörteln för behandling av prostatacancer. En annan relativt ny metod är efterbehandling av skadade områden i hjärtats kranskärl med syfte att förhindra att detta åter slammas igen (restenos). En radioaktiv tråd eller ett tåg av radioaktiva seeds införs då till det skadade området i blodkärlet via en kateter. Metoden benämns allmänt intravaskulär brachyterapi. Tiden för bestrålnlngen, d.v.s. den tid strålkällan befinner sig i behandlingsläget kan variera från några minuter till att strålkällan får stanna kvar permanent i patientens vävnad. Mängden radioaktiv substans i en strålkälla uttrycks med storheten aktivitet, och har enheten Bq (Becquerel).

Aktiviteten hos en brachyterapistrålkälla kan variera högst avsevärt beroende på den sorts behandling strålkällan är avsedd att användas till. För sådana behandlingar där strålkällan befinner sig i behandlingsområdet under endast nâgra minuter kan aktiviteten vara sådan att dosraten på referensavståndet 10 mm uppgår till flera Gy/minut medan strålkällor som används för permanent implantering endast deponerar ca 0.1 mGy/minut.

För att kunna garantera en god säkerhet med avseende på behandlingsresultatet är det önskvärt att kunna förutsäga den absorberade dosens storlek och fördelning i radioaktiva strålkällan insätts i patienten. Allmänt rekommenderas att varje enskild strålkälla som ska användas för brachyterapi har kalibrerats av användaren före strålbehandlingen. För att kunna uppfylla denna rekommendation krävs att man vid varje sjukhus där man bedriver brachyterapi kan utföra en noggrann kalibrering av varje strålkälla som skall användas för behandling. En sådan kalibrering innebär att en bestämning skall göras av den hastighet med vilken varje sådan strålkälla deponerar stråldos till vatten (Gy/s) då strålkällan är helt omgiven av detta medium. humanvävnad innan den Resultatet av en sådan bestämning skall sedan ligga till grund för beräkning av den stråldos patientens vävnader kommer att erhålla under den tid strålkällan befinner sig i organet eller vävnaden.

Som underlag för att kunna beräkna och förutsäga bilden av den absorberade dosen till patientens vävnad inför en behandling krävs således att man känner den dosrat strålkällan producerar i vatten på ett specifikt radialt avstånd till centralaxeln hos de seeds eller de trådar som kommer att användas vid behandlingen. Den noggrannhet man eftersträvar är att den uppmätta eller beräknade dosen alternativt dosraten inte får avvika med mer än högst någon procent från den verkliga. Det radiala avstånd som ._\_.\_\_\._x -ÄOOIO-\~OCDW'\ICDUI-ÄCJOI\J-\ .x Uï ...x O) _; '\l -x @ ...n CO I\) O |\) -x h.) k) I\J (a) h) -Ä I\) 01 M O) k) N I\) (I) I\) CO OJ O O.) __\ 530 015 rekommenderas för kalibreringen är 2 mm alternativt 10 mm för strålkällor som skall användas för behandling av blodkärl respektive tumörer. Då detta referensvärde är noggrant bestämt kan kända och rekommenderade beräkningsalgoritmer tillämpas för att beräkna hela dosbilden kring den aktuella brachyterapistrålkällan. Dessa beräkningsalgoritmer förutsätter dock att det radioaktiva materialet är jämt fördelat utefter strålkällans längdaxel. Kontroll av att så är fallet rekommenderas också, detta gäller speciellt för sådana radioaktiva trådar och tåg av små strålkällor som skall användas för intravaskulär strålbehandling. Längden på sådana strålkällor kan variera från ca 2 till 6 cm.

De kvalitetskrav som ställs på en anordning för säker kontroll och uppmätning av stràlkällor som skall användas för brachyterapi är således följande: Denna skall kunna kalibreras i vatten för absorberad dos till vatten t.ex. vid en riksmätplats och sedan förmå att bibehålla denna kalibrering under en tillräckligt lång tid, helst flera år.

Det strålfält som utbreder sig kring strålkällan då denna omges av vatten får inte störas genom införandet av mätanordningen, perturbation Anordningens strålningsresponderande volym skall kunna göras tillräckligt liten för att medge en acceptabel upplösning i rummet av stråldosen i vatten. Detta krav innebär att utsträckningen av anordningens känsliga volym inte bör överskrida ca. 1 mm i nàgondera av strålkällans radiala eller axiala riktning.

Dosresponsen bör inte variera med strålningens kvalitet, intensitet eller dennas infallsriktning mot anordningens känsliga volym.

Anordningen bör vara direkt avläsbar. Med direkt avläsbar avses, att anordningen t.ex. producerar en elektrisk ström vars storlek är direkt proportionell mot den förhandenvarande dosraten i mätpunkten De kända metoder och anordningar som för närvarande används för kalibrering och kontroll av brachyterapistràlkällor är alla mycket arbetskrävande och inte någon uppfyller kraven enligt ovan. Speciellt gäller detta de anordningar och metoder som används för kontroll av betastrålande stràlkällor avsedda för intravaskulär radioterapi.

Den för närvarande vanligaste anordningen för kalibrering av brachyterapistràlkällor är jonisationskammare som använder en gas som känsligt medium. Jonisationskammarens COGJNÖDCfl-ÄOJMQ 10 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 550 013 princip innebär att i en kammare inneslutet känsligt medium bestrålas, därvid frigörs jonpari proportion till deponerad energi genom strålningens växelverkan med gasen. De bildade jonerna fångas in via ett elektriskt fält bildat mellan två elektroder. Den sålunda uppfängade laddningen kan sedan mätas och användas för bestämning av den i det känsliga mediet absorberade dosens storlek.

Den vanligaste formen på jonisatlonskammare avsedda för kalibrering av brachyterapistrålkällor är utformad som en brunn i vilken den strålkälla som skall kalibreras kan nedsänkas. Denna form av jonisatlonskammare benämns allmänt 'Well- counter”. Jonisationskammaren har fördelen att dess teknik baseras på en enkel princip och visar i sina tekniska utföranden god kalibrerigsstabilitet över lång tid.

En allvarlig nackdel med denna typ av detektor är att då en gas används som känsligt medium blir volymkänsligheten begränsad. Detta beror på att gaser har låg densitet.

Detta medför i sin tur att det krävs en förhållandevis stor känslig volym för att det antal joner som de aktuella strålkällorna producerar skall kunna mätas med tillräcklig noggrannhet. I praktiken har det visat sig att den känsliga volym som krävs måste vara så stor att gasjonisationskammaren endast förmår att respondera på den deponerade energin i ett stort område kring en sådan strålkälla. Detta får till följd att lokala energitoppar eller spikar i strålfältet i närheten av strålkällan eller utefter densamma inte kan urskiljas. Luftjonisationskammarens användning är därför begränsad till att enbart kunna mäta strålkällans totala aktivitet. En sådan mätning måste därför kompletteras med en kontroll av dosmönstret kring strålkällan för att säkerställa att det inte kan uppstå punkter i patientens vävnad där den verkliga absorberade dosen vida awiker från den förväntade. Vanligen används fotografisk film för denna kompletterande kontroll.

För att slutligen kunna bestämma den absorberade dosen till vatten på det rekommenderade referensavståndet krävs korrektioner och beräkningar som både är arbetskrävande och kan tillföra osäkerhet i kalibreringsförfarandet.

Exempel på andra vanliga anordningar för bestämning av absorberad dos kring brachyterapistrålkällor är halvledardioder och naturliga diamanter. Principen för dessa är att den joniserande strålningen alstrar fria laddningari diodens p-n-övergång respektive diamantens atomgitter. På samma sätt som i jonisationskammaren kan man för att bestämma den absorberade dosen samla upp och mäta den laddning som bildats.

Gemensamt för de hittills nämnda detektorprincipema är att man för att bestämma den absorberade dosen respektive dosraten mäter den elektriska laddning eller ström som afifiæflöäüï-D-OOBJ-Å _.Å i _\ IQ .x OJ _: -B ._\ UI _\ O? __; \| _\ æ _; CO k) O N) ¿ k) k) k) 00 k) à N) 01 k) O) h) \| IQ W k) CO 00 O O) _\ O) I\) 530 013 den joniserande strålningen har genererat i detektorns strålningsresponderande material. Resultatet av mätningen är således direkt registrerbart under eller omedelbart efter bestrålningen av detektorn.

Ytterligare en direkt responderande metod för mätning av absorberad dos är att mäta det ljus som energiabsorptionen från den joniserande strålningen alstrar i vissa, s.k. scintillerande material, vissa plaster har denna förmåga. Det ljus som alstras genom energiabsorptionen från strålningen i det scintillerande materialet kan via en ljusledare ledas till en fotomultiplikator som i sin tur omvandlar ljuset till en elektrisk signal vars styrka är proportionell mot bestrålningsintensiteten.

De nämnda detektorprinciperna har en betydligt bättre volymkänslighet än luftjonisationskammaren och har i de utföringsformer som finns beskrivna för den aktuella mätsituationen en känslig volym i form av en platta eller liten cylinder med ca 1mm utsträckning.

En annan typ av anordningar för mätning av absorberad dos är sådana som efter bestrålningen medger registrering av något av strålningen orsakad förändring i anordningens strålningskänsliga material. Exempel på vanligt förekommande sådana är filmemulsioner och termoluminiscensdosimetrar.

Då den fotografiska filmen framkallats kan filmens svärtning användas som ett mått på den absorberade dosens storlek.

Det finns även filmemulsioner speciellt framtagna för bestämning av absorberad dos, där ingen framkallning krävs. Då denna form av detektor användes för bestämning av dosen kring en brachyterapistrålkälla, läggs vanligen strålkällan på filmen. Efter exponeringen kan dosbilden kring strålkällan uppskattas genom att filmens svärtning runt strålkällan kartläggs. Eftersom det råder ett samband mellan svärtning och den dos filmen har erhållit under exponeringstiden kan dosbilden beräknas.

Termoluminiscensdosimetern utnyttjar fenomenet att bestrålning av vissa material orsakar att det i materialet kvarstannar en bestämd mängd av sådana elektroner som exciterats av strålningen stannar kvar i ett exciterat tillstånd. Vid en efterföljande uppvärmning av det bestrålade materialet deexciteras dessa och den ljusmängd som då alstras är under vissa förutsättningar proportionell mot den absorberade dos materialet erhållit. Gemensamt för den sistnämnda gruppen av detektorer är att dessa dosimetrar inte tillåter direktavläsning av dosrespons. ÉCOWNOJCD-ÄLONJ-J -Å ¿ ._x k) ...x OO _\ -Ä .at Uï _\ O) ...x “J ._\ @ ._\ (O k) O k) -x I\) I\) |\J Q) N -ß k) 01 k) O) k) NI I\) w N CD 00 O OO _; 530 015 Alla hittills nämnda och för det aktuella ändamålet använda anordningarna saknar en eller flera av de egenskaper som krävs för uppgiften t.ex. betraktas inte någon, med undantag för gasjonisationskammaren, kunna uppfylla kravet på kalibreringsstabilitet över tid. Denna brist innebär att, för att erhålla en tillräckligt säker kalibrering, måste två eller flera av dem användas i kombination med varandra. En sådan procedur är både arbetskrävande och innebär dessutom omfattande korrektioner och beräkningar som i sin tur också kan medföra osäkerhet.

För uppgiften att bestämma absorberad dos kring små radioaktiva stràlkällor som är avsedda att inplanteras i cancertumörer för radioterapi eller att införas i blodkärl för behandling av förträngningar är behovet av en pålitlig anordning därför stor.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en anordning för mätning av absorberad dos på ett specifikt avstånd från en radioaktiv stråikälla. Uppfinningen avser också användning av anordningen.

Ytterligare syfte är att åstadkomma en anordning vilken: v Uppvisar en strålningskänslig volym som är liten i förhållande till den absorberade dosens variation i rummet kring en cylinderformad strålkälla. Detta betyder i praktiken att den känsliga volymens utsträckning i radial eller axial riktning med mittpunkten på strålkällans centralaxel som referenspunkt inte bör överstiga ca. 1 mm. Mätpunktens radiala avstånd från den cylindriska strålkällans centralaxel skall vara bestämd med en noggrannhet bättre än ca. 0,1 mm.

~ Med avseende på dess strålningsresponderande område skall kunna omges av vatten eller annat material som absorberar och sprider strålningen från den aktuella strålkällan på samma sätt som vatten o Med sin närvaro i det bestrålade referensmaterialet, vatten, försumbart stör (perturberar) det strålfält som annars skulle ha varit för handen. v Säkerställer att proportionaliteten mellan absorberad dos och mätsignal inte påtagligt förändras med strålningens energispektrum (strålkvalitet) v Visar en proportionalitet mellan absorberad dos och mätsignal som inte varierar påtagligt med dosraten eller den absorberade dosens storlek. ß Säkerställer att noggrannheten i bestämningen av den absorberade dosen eller dosraten i vatten är bättre än några procent. Detta betyder i praktiken att ÉCO@\IO3U'I-I>~OJI\)-¥ ...Ä _). _; I\) ...x OJ ._\ -Iä- ._\ Üï _\ ÖT .A \| _\ @ ...x CO N O I\J _; k) N k) (a) I\) -Ä FO UI k) O) N) \| I\) m h) CO GO O OO _: OO h) 530 013 anordningen skall kunna kalibreras i vatten i ett strålfält med känd dosrat och därefter uppvisa en tillräckligt god stabilitet i sin dosrespons över tid och bestrålningshistoria. Anordningen skall t.ex. kunna känslighetskallbreras i ett strålfält med känd dosrat, t.ex. vid en riksmätplats och därefter bibehålla denna kalibrering inom den angivna toleransen och över lång tid.

Dessa och andra syften uppnås med en anordning enligt föreliggande uppfinning såsom den definieras i de kännetecknande delarna av bifogade patentkrav.

Uppfinningen grundas på en detektor av jonkammartyp där det strålningsresponderande mediet är en dielektrisk vätska i stället för en gas.

Det är numera väl känt att jonisationskammare där gasen ersatts av en dielektrisk vätska, s.k. vätskejonisationskammare LlC (Liquid lonization Chamber) uppvisar en volymkänsligheten som är flera hundra gånger större än gasjonisationskammarens.

Denna egenskap innebär att den känsliga volymen i en sådan jonisationskammare kan göras så liten att den med tillräckligt god upplösning kan användas för kartläggning av dosbilden i rummet på någon millimeters avstånd från de flesta nu förekommande typema av brachyterapistrålkällor.

Vätskejonlsationskammare där den dielektriska vätskan består av en blandning av isooktan och tetrametylsilan har visat sig kunna prestera en mycket god kalibreringsstabilitet över tid och bestrålningshistoria samtidigt som dess respons med avseende på strålningens energispektrum kan anpassas så att denna efterliknar vattnets.

Då jonisationskammarens bärande kropp består av en styrencopolymer, t.ex. ReX0lite®, och dess uppsamlingselektroder förjoner är utförda av ren grafit perturberas strålningen i vatten obetydligt. Jonisationskammare uppbyggd efter denna princip där den strålningskänsliga volymen har formen av en liten platta eller cylinder finns beskrivna.

(Svenskt patent nr 96003603) l föreliggande uppfinning har vätskejonisationskammarens grundkoncept utnyttjas och därmed har en vätskejonisationskammare vars strålningsresponderande del är utformad som en tunnväggig kort cylinder utförts. Denna benämns fortsättningsvis ALlC (Annular Liquid lonization Chamber). Den tunna ringens radie kan göras lika stor som det referensavstànd som skall tillämpas för kontrollen av strålkällan, t.ex. 2 alternativt 10 mm. åflOæflöïfifl-IÄCON-à -\ N _\ N _; OO ...x -Ä ...L U'l ._\ O) __; *J A @ _: CD N CD N -x N N N OO N 4> N 01 N O) N 'Kl N w N CO O) O 530 013 Vid kalibreringen av strålkällan kan denna stegvis förskjutas genom en apertur monterad koncentriskt i förhållande till vätskejonisationskammarens strålningsresponderande ring.

När aperturens diameter är noggrant avpassad till stràlkällans ytterdiameter uppnås villkoret att mätningen sker på ett mycket väl bestämt radialt avstånd från strålkällans centralaxel. Att utforma den känsliga volymen som en tunn ring innebär också att man erhåller den bästa geometrin, för att på ett givet radialt avstånd från en cylinderformad stràlkälla erhålla optimal aktiv detektorvolym. ingen har hittills kunnat visa att genom att utforma en strålningsdetektor med stor volymskänslighet och där dess känsliga del är utformad som en tunn cirkulär ring.

Orsaken till detta torde vara tekniska problem att ge andra hittills kända och lämpliga detektormaterial en sådan utformning.

Två prototyper av ALlC med 2 mm respektive 10 mm ringradie har nu tillverkats och noggrant testat Denna utförandeform av en vätskejonisationskammare har visat sig, att på ett mycket tillfredsställande sätt kunna uppnå de krav som kan ställas på en uppfinningsenlig anordning för kalibrering av brachyterapistrálkällor.

Anordningen uppvisar en detektorkropp av jonisationskammartyp innefattande två på avstånd från varandra anordnade ringformade elektrodelement samt organ anordnade att tillsammans med elektrodelementen i detektorkroppen avgränsa en mätkammare, utformad som en kort och tunnväggig cylinder. Denna cylinder kan fyllas med en dielektrlsk vätska. En andra kammare är på känt sätt anordnad på avstånd från mätkammaren. Vidare är en överströmningskanal anordnad genom ett av elektrodelementen sättande mätkammaren i förbindelse med den andra kammaren.

Vidare finns i den andra kammaren anordnat ett för volymförändringar hos det känsliga mediet upptagande organ.

Vi har funnit att med denna elektrodkonfiguration kan vi på ett överraskande sätt lösa problemet att på ett mycket enkelt och säkert sätt bestämma den absorberade dosens storlek på ett väl bestämt radialt avstånd utefter en trådformad stràlkälla genom att stegvis skjuta denna genom den ringformade känsliga volymen och för varje position i strålkällans axiala riktning bestämma den aktuella jonisationsströmmen. ÉCOCONCDCfl-IÄOON-A ¿ i _\ RJ .L O) ...x -Å _\ UT .A Ö) _; \| _; æ .A CO IQ O |\3 _: h) k) k) OO k) -lë- k) 01 I\J O) k) N k) w (QIO OQO (JO -L (a) h.) 530 013 Den känsliga volymen har formen av en kort tunnväggig cylinder. Cylinderväggens rektangulära genomskärningsyta kan ges dimensioner från ca. 0, 3x0, 3 mm till ca 1x1 mm beroende på den känslighet och rumsupplösning som eftersträvas.

De dosrater som är aktuella att mäta spänner över ett stort område som varierar från ca. 0,1 mGy/minut till flera Gy/minut beroende pà typ av brachyterapistrålkälla. Sådana strålkällor som är avsedda för permanent implantering har låg dosrat medan strålkällor för kortvarig bestrålning via en kateter oftast har hög.

Nedre gränsen för den dosrat som kan mätas med acceptabel noggrannhet bestäms av storleken och stabiliteten hos det oönskade strömläckaget i jonisationskammarens isolatormaterial och i den vätska som användes. Denna ström måste korrigeras för och bör inte vara större än ca 50 % av jonisationsströmmen. Låg polarisationsspänning och stort elektrodavstånd i jonisationskammaren är fördelaktigt då väskejonisations- kammarens egenskaper vid mätning av låga dosrater skall framhävas. Övre gränsen för den dosrat som kan mätas med god noggrannhet bestäms av att rekombinationen av de jonpar som skall transporteras genom vätskan tilltar då dosraten ökar. Minskningen i respons på grund av rekombination måste korrigeras för och bör inte överstiga ca. 2 % av den uppmätta jonisationsströmmen. Ett litet elektrodavstånd och hög polarisationsspänning är fördelaktigt då en ALlC skall optimeras för mätning av höga dosrater.

En kompromiss måste därför göras med avseende på det dosratområde jonkammaren är avsedd att användas för. Generellt gäller att det dosratintervall en vätskejonisationskammare av den förelagda grundkonstruktionen omfattar är högst ca. tre tiopotenser. Detta innebär att hela det dosratintervall som alla typer av brachyterapistrålkällor representerar inte kan täckas med en specifik polarisationsspänning och framförallt ett enda elektrodavstånd.

Det radiala avståndet till vätskeringens mittpunkt bestämmer det önskade referensavståndet till strålkällans centralaxel. I de två prototyper av ALIC som har tillverkats och testats har båda en ring med kvadratisk genomskärningsytan. Den ena har genomskärningsytan 0,5 x 0,5 mm och radien 2 mm, den andra genomskärningsytan 1x1 mm och radien 10 mm. Genom att anbringa en apertur med ett hàl vars diameter överensstämmer med den aktuella strålkällans ytterdiameter ges en god garanti för att mätpunktens radiala avstånd till strålkällans centralaxel blir mycket väl definierad. För att COOJNO)U'I-ÄCAJI\)-\ _: O _L -Å ._\ k) ...x O) ...n -IÄ _; UI _\¿ NO) _; æ _; CO I\) C) I\) _; h) I\) k) b) k) -Ä k) 01 I\) O) I\) 'NI N G) I\) CC) O) O 530 013 10 ytterligare förtydliga uppfinningen ges nedan en utförlig beskrivning av föredragna utföringsformer av föreliggande uppfinning. I texten finns införda hänvisningar till bifogade ritningsfigurer. Uppfinningen löser således problemet att mäta absorberad dos på ett specifikt radialt avstånd till centralaxeln hos en cylinderformad strålkälla. De material som utprovats, i kammarkropp och isolator (Rexolite®), elektroder (grafit) och det känsliga mediet (en blandning av isooktan och tetrametylsilan) är alla sådana att de absorberar och sprider strålning på ett sätt som överensstämmer vål med förhållandet i vatten eller human mjukvävnad. Detta innebär att stràlningsmönstret kring strålkällan i vatten störs minimalt av en ALlC som är uppbyggd på det sätt som föreskrivs.

Ett annat intressant användningsområde för anordningen är t.ex. att monitorera aktivitets koncentration av strömmande radioaktiv gas eller vätska som leds genom ett rör som går genom kammarens apertur t.ex. vid anläggningar för produktion av radioaktiva isotoper.

Kortfattad beskrivning av figurer: Fig. 1 Visar översiktligt en ALlC i två projektioner och dess inkoppling via en elektrisk triaxial kabel till en elektrometer.

Fig. 2 visar i genomskärning en ALlC enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning anpassad för kalibrering av låg- och medelstarka brachyterapistrålkällor på ett referensavstånd av 10 mm.

Fig. 3 visar ALlC med insats för oentrering av brachyterapistrålkälla för kalibrering vid referensavståndet 10 mm.

Fig.4 visar i schematisk form det mekaniska arrangemang som använts för tester av reproducerbarheten hos ALlC vid mätning av dosbilden kring brachyterapistrålkällor innehållande 30mCi Cs-137 respektive ca.1 mCi I-125.

-OÅCOCDNOIG-P-(DIO-Å ...t .-\ _; |\J _\ GO _; -B ...L U'l ._\ Ö) ...x \| _; w ¿ CO k) O k) _\ I\.) |\) k) OO k) -IÄ N) 01 Mk) N03 k) W 00k) OQO 530 013 11 Flg.5 illustrerar blockschemamässigt arrangemanget av ALlC, linjär positioneringsenhet, drivenhet, dator och elektrometer som använts.

Fig.6 visar i diagramform teoretiska beräkningar av energiresponsen för fotoner hos en ALlC och några olika vätskeblandningar Fig.7 visar resultat vid test av en ALlC där den känsliga ringformade volymen är utformad som en kort tunnväggig cylinder vars radie är 2 mm och med längden 0,5 mm, väggtjockleken 0,5 mm. En Cs-137 strålkälla för brachyterapi med aktiviteten 30 mCi, längden 5 mm och ytlerdiametern 1 mm har använts.

Fig.8 visar resultat av långtidstest av en detektor med den känsliga ringformade volymen utformad som en tunn cylinder vars radie är 10 mm och med längden 1.0 mm, väggtjockleken 1.0 mm.

Fig.9 visar tesresultat då en ALIC där den känsliga ringformade volymen har en genomskärningsyta 1x1 mm och radien 10 mm. En l-125 strålkälla för brachyterapi med aktiviteten 1 mCi, längden 4,8 mm och ytterdiametern 0,8 mm har använts Detaljerad beskrivning av uppfinningen: Fig.1 visar översiktligt två projektioner a och b av en detektor av jonisationskammartyp enligt föreliggande uppfinning. Detektorn innefattar en väsentligen cylindrisk kropp 1 med ett cylindriskt och koncentriskt hål 2. Detektorn är försedd med en triaxialkabel 3 för anslutning till en konventionell elektrometer för jonisationskammarmätningar 4.

Fig.2 visari genomskärning en jonisationskammare 1. enligt föreliggande uppfinning för kalibrering vid referensavståndet 10 mm. Belågna ett stycke utanför det cylindriska hålet 2 är anordnat två väsentligen ringformade och koncentriskt placerade elektroder 5 och 6.

Dessa är företrädesvis framställda av grafit och är inbördes parallella och anordnade på avstånd från varandra. åfifiæflOïfll-IÄOJNA -A n-L _\ ß) _; O) ...x -b ...x Uï _: O) _; N _; æ __: (Q k) O k) _; k) k) k) (JO k) -Ä k) 01 k) O) k) \| k) æ kJ CO (a) O OJ .at b) k) 530 015 12 Mellan elektroderna avgränsas i jonisationskammarens axiala riktning ett väsentligen ringformat utrymme 7 avsett för detektorns känsliga medium och som utgör jonisationskammarens stràlningsresponderande volym. Utrymmet 7 är radialt avgränsat av de cylindriska väggarna 8 och 9. Dessa väggar är framställda av ett icke- ledande material. Materialet är också tàligt mot kemisk påverkan av detektorns känsliga medium och mot joniserande strålning. Väggmaterialet är företrädesvis en elektriskt isolerande styrencopolymer, t.ex. Rexolite®. Elektroderna 5 och 6 är via elektriska ledningar 10 och 11 genom kammarkroppen anslutna till triaxialkabelns yttre ledande skikt respektive dess mittledare. Triaxialkabelns yttre ledare och dess mittledare förbinder på så sätt jonisationskammarens två elektroder 5 och 6 till elektrometern 4, Fig.1. Elektrometem tillför elektroderna en elektrisk potentialskillnad och avläser den elektriska laddning som samlas upp av elektroden 6. Den uppsamlade laddningen responderar mot den i mätvolymen 7 av strålningen deponerade energin och är proportlonell mot den absorberade dosen. Elektrometrar med den funktion som beskrivs är väl kända inom jonisationskammartekniken t.ex. PT\N-Unidos Universal Dosemeter och Keithley Electrometer mod. 617, och kommer därför inte ytterligare att diskuteras.

Den fältstyrka som polarisationsspänningen skapar mellan elektroderna och som är optimal med avseende på den dosrat som skall mätas och den tjocklek på vätskeskiktet som bestäms av avståndet i axial riktning mellan de båda elektroderna varierar från 0,3 till 3 MV/m.

Vidare är ytterligare ett väsentligen ringformat koaxialt utrymme 12 anordnat i jonkammarkroppen. Detta andra utrymme är anordnat utanför det första 7.

Vidare är de tvâ utrymmena 7 och 12 satta i strömningsförbindelse med varandra genom en kanal 13. Denna kanal är anordnad genom kammarkroppen och genom elektroden 5.

Kanalens diameter bör vara ca 0,3 mm.

Det känsliga mediet är i föreliggande uppfinning en vätska som i denna utföringsform införs genom en kanal 15. Kanalens öppning kan efter att kammaren fyllts med vätska företrädesvis tillslutas med en gängad plugg.

Eftersom det känsliga mediet är en vätska som har en fràn kammarkroppens material awikande temperaturrelaterad volymsvariation kan temperaturvariationer som detektorn kan utsättas för under drift skapa tryckpàkänningar i kammarkroppen som kan försämra mätprecisionen. ÉCO®NOJU1JÄQJIUA .A ¿ ._\ |\') _.\ OO -x -Ä _\ 01 .x O) _\ 'N ..\ @ _.\ (D k) O k) _\ k) k) k) 0D k) -h k) (Il k) w k) '\| k) w k) CO OO O CO -x O) k) OO CO 530 015 13 Detta problem har på känt sätt lösts med att en gasbubbla 14 tillförts vätskan.

Gasbubblans storlek och placeringen samt diametern på överströmningskanalen 13 är utformade så att gasen inte kan förflytta sig in i jonisationskammarens mätvolym 7.

Vidare är i det yttre utrymmet 12 för det strålningsresponderande mediet inlagt en ringformad skyddselektrod 16. Skyddselektroden är företrädesvis en ca 0,2 mm tjock Pt- tråd som löper utefter utsidan av kammarväggen 9 i hålrummet 12. Skyddselektrodens positionering vid kammarväggen är sådan att denna har kontakt med vätskepelaren i överströmningskanalen 13. Skyddselektroden 16 är via den elektriska ledningen genom vätskan i hålrummet 12 och kammarkroppen ansluten till triaxialkabelns ledande mittskikt. Jonisationskammarens inkoppling via triaxialkabeln till mätapparaturen 4, Fig1 innebär att skyddselektroden kommer att ha samma elektriska spänningspotential som mätelektroden 6. Skyddselektroden 16 förhindrar på ett effektivt sätt joner som under bestrålning alstras i den vätska som befinner sig i 12 och överströmningskanalen 13 att vandra till mätelektroden 6 och därmed pà ett oönskat sätt bidra till mätsignalen. Skyddselektrodens uppgift är således att fältstyrkemässigt lägga den vätska som befinner sig utanför kammarens mätvolym, och som blir elektriskt kaviteten ledande vid bestràlning, på samma elektriska potential som uppsamlingselektroden.

Införandet av en skyddselektrod hos vätskejonisationskammare med annan utformning av den känsliga volymen än den som föredras här har också visat sig avsevärt förbättra noggrannheten hos t.ex. sådana vätskejonisationskammare som finns beskrivna i Svenskt Patent nr 9600360-3 Wickman Holmström.

Fig.3 visar i genomskärning exempel på en insats 18 med en apertur 19 avpassad för att positionera en strålkälla 20 koncentriskt i förhållande till jonisationskammarens strålningsresponderande vätskevolym 7. Materialet i insatsen 18 skall på ett nära sätt sprida och absorbera strålning på samma sätt som vatten företrädelsevis Rexolite® eller Solid -WaterTM En strålkälla 20 strålningsresponderande volym 7. befinner sig mitt för jonkammarens Fig.4 illustrerar schematiskt en anordning för positionering av strålkällan i axiell riktning i förhållande till jonisationskammarens känsliga volym då en ALlC enligt föreliggande uppfinning används för kalibrering.

En vanligt förekommande storlek på brachyterapistrålkällor av seed-karaktär har fysiska en ytterdiameter av ca. 0.8 mm och en längd av ca 5 mm. För att med noggrannhet kunna bestämma såväl stràlkällans aktivitetsutsträckning i axial riktning, dess 8®®NGJU1à0JkJ¿ -L _L A k) ¿ OO ...x -Ä ...A U1 ._\ O? _; \l _; m _; (Û k) O k) ¿ k) k) k) OO k) -P- k) 01 k) O) k) N k) m k) (0 O) O O) ._\ OO k) 530 013 14 aktivitetshomogenitet samt den absorberade dosen vid strålkällans mittpunkt i längdaxeln används ett linjärt manövreringsorgan 21 med en ledarskruv 22 kopplad till en kolv 23. Med hjälp av denna anordning kan göras stegvis förändrade positioneringar av strålkällan 20 i axial riktning i förhållande till jonisationskammarens känsliga volym 7.

Vi har med framgång som linjärt manövreringsorgan 21 använt oss av en Haydon Switch & instrument hybrid non-captive linear actuator, size 11", med en ledarskruv som medger en linjär positionering i steg med en upplösning bättre än 0,025 mm. Den linjära aktuatorn kan i sin tur datorstyras med programvara utvecklad i Labview.

Fig.5 visar som blockschema hur ALlC 1, aktuatorn 21 med ledarskruven 22 och insatsen för centrering 18 är sammankopplad med kontroll och drivenhet 23, styrdator 24 och elektrometer. l den föredragna utföringsformen av föreliggande uppfinning består kammarens känsliga medie av en vätska innefattande isooktan, ISO, (Ca H18) och tetrametylsilan, TMS, (Si(CH3)., ). Teoretiska så kallade Monte-Carlo beräkningar har visat att en blandning av TMS/ISO i viktproportionerna 60/40 ger en optimal energirespons i fotonenergiområdet 10-1000 keV. Viktsproportionerna kan dock varieras inom området 60/40 till 40/60 beroende på vilket intervall av fotonenergier man vill optimera detektorn energirespons för. De flesta fotonstrålande brachystrålkällorna som används i dag emitterar fotoner i energiområdet under 30 keV medan några har energier i området över 300 keV t.ex. lr- 192 och Cs-137 och i området över 1000 keV t.ex. Co-60 och Ra-226 fotonenergierstrålkällor. För betastrålande stràlkällor är blandningsförhållandet mindre kritiskt.

Fig.6. visar det teoretiska energiberoendet för olika blandningsförhållande mellan vätskorna. Responsen för absorberad dos till vatten är uttryckt som tillgänglig jonisationsladdning (Coulomb) dividerad med absorberad dos till vatten (Gray). För en detektors användbarhet och tillförlitlighet är ett känsligt medium med en av energivariationer okänslig kalibreringsfaktor att föredra. Blandningsförhàllandet bör optimeras för den eller de typer av stràlkällor man avser att använda ALlC för.

Fig.7. Visar resultat då en ALlC enligt föreliggande uppfinning med referensavstàndet 2 mm använts för kalibrering av en Cs-137 brachyterapistrålkälla med diametern 1 mm, och längden 5mm och aktiviteten 30 mCi. Denna typ av strålkälla används t.ex för behandling av livmoderhalscancer och tillhör gruppen brachyterapistrålkällor med SCOWNCDUI-ÄCÛNJA i _). _; IQ _; 00 .A -I> _\ UI -x G) 530 015 15 medelhög dosrat. Diagrammet visar responsen hos ALlC då strålkällan positionerats i 0.1 mm steg förbi den känsliga volwnen hos ALlC. Varje mätpunkt visar den uppsamlade nettoladdningen under 2s. Medelvärdet och standardavvikelsen från 10 på varandra följande mätserier är angiven i varje mätpunkt . typiskt kalendermànad hos ALIC. Varje mätpunkt visar medelvärdet och standardawikelse av den uppsamlade laddningen i maximum, d.v.s. då stràlkällan är axialt centrerad i ALlC, vid 10 på varandra följande avsökningar av Cs-137 strålkällan enligt fig. 7.

Tidsskillnaden mellan varje mättillfälle är 3-4 dygn.

Fig.8. Diagrammet visar resultat av kalibreringsstabiliteten över en Fig.9 Visar resultat då en ALlC enligt föreliggande uppfinning med referensavståndet 10 mm använts för kalibrering av en l-125 brachyterapistrålkälla med diametern 0,8 mm, längden 4.5 mm och aktiviteten 1 mCi (37 MBq). Denna typ av stràlkälla används ofta för permanent implantering och tillhör därför gruppen brachyterapistrålkällor med mycket låg dosrat. Diagrammet visar responsen hos ALlC då stràlkällan positionerats i 0.1 mm steg in mot och delvis förbi den känsliga volymen hos ALIC. Varje mätpunkt visar den uppsamlade nettoladdningen under 30 s.

Claims (18)

530 013 16 Patentkrav

1. Anordning för mätning av absorberad dos på ett specifikt avstånd från en radioaktiv stràlkälla, innefattande en detektorkropp (1) av jonisationskammartyp innefattande två på avstånd från varandra anordnade elektrodelement (5, 6) och en däremellan anordnad mätkammare (7) inrymmande ett medium utgörande en strålningsresponderande volymdel, en andra kammare (12) anordnad på avstånd från mätkammaren (7) innefattande organ för registrering av förändringar hos mediet, en överströmningskanal (13) är anordnad löpande genom ett av elektrodelementen (5, 6) och utgör en vâtskekommunicerande förbindelse mellan mätkammaren (7) den andra kammaren (12) och där detektorkroppen (1) innefattar en genomgående öppning, en apertur, (2) i vilken strålkällan anordnas vid mätning eller genom vilken strålkällan förflyttas vid mätning.

2. Anordning enligt krav 1 där aperturen (2) är cylindrisk.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2 där mediet är en vätska.

4. Anordning enligt krav 3 där mediet är en dielektrisk vätska, en blandning av isooktan och tetrametylsilan.

5. Anordning enligt något av kraven 1-4 där mätkammaren (7) är ringformad eller cylinderformad och konoentriskt anordnad runt aperturen (2), inne i detektorkroppen (1).

6. Anordning enligt krav 5 där mätkammaren (7), inklusive mediet, har formen av en tunnväggig kort cylinder. __! .x OCOWNO3O1-IÄOON N N ...x N ...x C10 _.\ -Ä ...x 01 -x O) -x N _: w ...x CO N O N ...x N N N OO N -Jå N U! N CD N N N w 530 015 17

7. Anordning enligt något av kraven 1-6 där den andra kammaren (12) är ringformad eller cylinderformad och koncentriskt anordnad runt aperturen (2) inne i detektorkroppen (1)-

8. Anordning enligt något av kraven 1-7 där elektrodelementen (5, 6) är ringformade och koncentriskt anordnade runt aperturen (2), inne i detektorkroppen (1).

9. Anordning enligt något av kraven 1-8 där organ (8. 9) är anordnade att tillsammans med elektrodelementen (5, 6) avgränsa mätkammaren (7).

10. Anordning enligt något av kraven 1-9 där en skyddselektrod (16) är anordnad i den andra kammaren (12).

11. Anordning enligt krav 10 där skyddselektroden (16) är positionerad så att den har galvanisk kontakt med vätskan i överströmningskanalen (13).

12. Anordning enligt krav 10 eller 11 där skyddselektroden (16) är ringformad.

13. Anordning enligt något av kraven 1-12 där en utbytbar insatsdel (18) är anordnad i aperturen (2) och i sin tur innefattar en koncentrisk apertur (19) för centrering av strålkällan på ett fixt radialt avstånd till mätkammaren (7).

14. Användning av anordningen enligt något av föregående krav för mätning av stråldos på ett specifikt avstånd från en cylinderformad strålkälla.

15. Användning av anordningen enligt krav 14 där strålkällan är trådformig. @\|O'JU1-I>0JI\) 530 015 18

16. Användning av anordningen enligt krav 14 där stràlkällan är en gas eller vätska.

17. Användning av anordningen enligt något av föregående krav för kalibrering av brachyterapistrålkällor.

18. Användning av anordningen enligt något av föregående krav för monitorering av aktivitetskoncentration av strömmande leda gasenlvätskan genom aperturen (2, 19). radioaktiv gas/vätska genom att