ОБЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1996 года по МПК A61N5/10 

Изобретение относится к медицинской технике, а точнее, к устройствам для терапии электронным излучением.

Известно облучающее устройство с электронным ускорителем, содержащее бетатрон, тубус-коллиматор, терапевтический стол, механизм перемещения бетатрона и тубуса-коллиматора относительно терапевтического стола, механизм поворота бетатрона с угловой скоростью, пропорциональной мощности дозы облучения, вокруг оси тубуса-коллиматора (Положительное решение от 27.12.90 по заявке N 4 759 466/14-138 642).

Устройство обеспечивает дозное поле облучения, симметричное относительно направления оси тубуса-коллиматора с распределением вдоль радиального направления, не зависящим от азимутального положения радиального направления. Однако радиальное распределение дозы, формируемое этим устройством имеет худшую равномерность, чем распределение дозы вдоль плоскости ускорения бетатрона, как отдельного устройства, хотя оно лучше, чем распределение дозы в направлении, перпендикулярном плоскости ускорения бетатрона.

Известно облучающее устройство с электронным ускорителем, содержащее бетатрон, первичный рассеиватель электронов в виде стенки ускорительной камеры, вторичный рассеиватель электронов в виде диска или кольца из фольги (Доклад 35 МКРЕ. Радиационная дозиметрия: электронные пучки с энергиями от 1 до 50 МэВ. Энергоатомиздат. М. 1988, с. 92, 96-97).

Недостатком этого устройства является плохая равномерность дозного поля, формируемого устройством при облучении объекта.

Предлагаемое облучающее устройство решает задачу формирования дозного поля больших размеров с высокой равномерностью при выполнении на основе бетатрона.

Предлагаемое облучающее устройство содержит бетатрон, первичный рассеиватель электронов. От известного устройства отличается тем, что вторичный рассеиватель выполнен в виде полосы фольги, расположенной вдоль плоскости ускорения бетатрона, с шириной, меньшей ширины, вычисленной из условия пропорциональности ширины полосы и размера дозного поля в направлении, перпендикулярном плоскости ускорения, расстояниям до первичного рассеивателя. Дополнительно вторичный рассеиватель выполнен в виде набора полос фольги, причем набор для диапазона больших энергий отличается от набора для диапазона меньших энергий полосой фольги с наименьшей шириной, выбираемой в соответствии с диапазоном больших энергий.

Распределение плотности тока выведенного пучка, например, малогабаритного медицинского бетатрона, прошедших первичный рассеиватель стенку камеры ускорения, в направлении, перпендикулярном плоскости ускорения, близко к гауссовому, причем тем более крутому, чем больше энергия ускорения. Распределение же в плоскости, перпендикулярной оси пучка, в направлениях, параллельных плоскости ускорения, практически равномерные в пределах рабочей области, т.е. линии одинаковой плотности тока пучка практически параллельны плоскости ускоpения.

Т. к. свойства вторичного рассеивателя указанной формы и ориентации относительно плоскости ускорения являются одинаковыми вдоль направления линий одинаковой плотности тока падающих на вторичный рассеиватель электронов, то в отличие от вторичных рассеивателей любой другой формы и иначе ориентированных относительно плоскости ускорения указанный вторичный рассеиватель формирует поток прошедших через него электронов, линии одинаковой плотности тока которых тоже параллельны плоскости ускорения бетатрона.

Т. к. ширина полосы фольги вторичного рассеивателя меньше ширины, вычисленной из условия пропорциональности ширины полосы и размера дозного поля в направлении, перпендикулярном плоскости ускорения, расстояниям до первичного рассеивателя, то часть потока электронов от первичного рассеивателя проходит мимо вторичного рассеивателя. Поток электронов, прошедших от первичного рассеивателя мимо вторичного, и поток электронов, прошедших через вторичный рассеиватель и рассеянных им, суммируются, причем линии одинаковой плотности тока суммарного потока электронов также параллельны плоскости ускорения. За счет рассеяния поток электронов за вторичным рассеивателем в прямом направлении ослабляется без искажения формы линий одинаковой плотности тока электронов. При этом при неизменном первичном рассеивателе (стенке ускорительной камеры бетатрона) и фиксированном значении энергии подбором ширины полосы и толщины фольги вторичного рассеивателя достигается равномерность распределения плотности тока электронов на облучаемый объект вдоль направлений, перпендикулярных плоскости ускорения в пределах рабочих размеров дозного поля, таких же, как в направлениях, параллельных плоскости ускорения, а значит и высокая равномерность дозного поля больших размеров.

В соответствии с сужением углового распределения электронов, прошедших через первичный рассеиватель при выполнении вторичного рассеивателя в виде указанного набора полос фольг средняя ширина всех фольг набора для диапазона больших энергий меньше, чем для диапазона меньших энергий. Последовательным дополнением набора при переходе от диапазона малых энергий к диапазону больших энергий полосой фольги, ширина которой меньше ширины других полос фольги набора и подбором ширины и толщины дополняющей полосы фольги набора достигается наилучшее сочетание потоков рассеянных фольгами набора электронов и потока электронов, рассеянных только первичным рассеивателем, обеспечивающее высокую равномерность дозного поля больших размером.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.2-7 приведены зависимости, иллюстрирующие распределения дозы дозного поля, формируемого предлагаемым устройством; на фиг.8 схема вторичного рассеивателя предлагаемого устройства.

Облучающее устройство содержит (фиг.1) малогабаритный бетатрон 1 с регулируемой энергией ускорения в диапазоне до 10 МэВ, тубус-коллиматор 2, первичный рассеиватель 3 электронов участок стенки ускорительной камеры, через который электроны выводятся из ускорительной камеры, вторичный рассеиватель 4 в виде полосы фольги на расстоянии 1 от первичного рассеивателя 3. Облучаемый объект 5, например, водный фантом расположен на опорном расстоянии L от первичного рассеивателя 3. Размер дозного поля в направлении, перпендикулярном плоскости ускорения, равен Н. Ширина полосы фольги h удовлетворяет соотношению h<d, (d=H*1/L).

В процессе облучения объекта ускоренные электроны проходят через первичный рассеиватель 3 и рассеиваются им. Часть электронов проходит, дополнительно рассеиваясь в воздухе, мимо вторичного рассеивателя 4 и падает на периферийную область облучаемого объекта 5, а другая часть падает на вторичный рассеиватель 4, проходит через него, рассеиваясь. Часть рассеянных вторичным рассеивателем электронов падает на периферийную область облучаемого объекта 5, а часть на центральную область, расположенную против вторичного рассеивателя 4
В отсутствие вторичного рассеивателя распределения дозы в опорной плоскости (фиг. 2) в направлениях, параллельных плоскости ускорения (оси Х), практически равномерные, а в направлениях, перпендикулярных плоскости ускорения (параллельных оси Y) (фиг.3), типа гауссова. Соответствующее изодозное распределение показано на фиг.4. Изодозное распределение при наличии вторичного рассеивателя с оптимальной шириной h_opt. (h_opt.<d) показано на фиг.5. Cоответствующие распределения дозы вдоль оси Х показаны на фиг.6 и вдоль оси Y на фиг. 7 (зависимость 1). Дополнительно показаны распределения дозы при h<h_opt. (зависимость 3) и h>h_opt. (зависимость 3). Толщина фольги рассеивателя 30 мкм, материал свинец, энергия ускорения 10 МэВ.

Изодозные распределения в широком диапазоне регулируемых энергий ускорения, например, от 3 до 10 МэВ подобны показанным на фиг.4, если вторичный рассеиватель выполнен в виде наборов отстоящих друг от друга полос фольг (фиг.8), каждый из которых оптимален для части всего диапазона регулирования энергии. В диапазоне энергий от 3 до 5 МэВ набор состоит из одной полосы фольги толщиной 10 мкм и шириной h₁; в диапазоне энергий от 5 до 7 МэВ набор дополнен второй полосовой фольги толщиной 10 мкм и шириной h₂<h₁, причем распределение дозы оптимизировано подбором ширины второй полосы фольги h₂; в диапазоне энергий от 7 до 10 МэВ набор дополнен третьей полосой фольги толщиной 10 мкм и шириной h₃<h₂<h₁, а распределение дозы оптимизировано подбором ширины третьей полосы фольги h₃. Средняя ширина всей фольги каждого набора является убывающей функцией энергии ускорения. Выполнением вторичного рассеивателя в виде таких наборов фольги, оптимальных в каждой части всего диапазона регулирования энергии ускорения, уменьшаются локальные неравномерности дозного поля, обусловленные рассеянием электронов приграничными областями вторичного рассеивателя.

Таким образом предлагаемое устройство обеспечивает формирование равномерных дозных полей больших размеров в широком диапазоне регулируемых энергий ускорения при выполнении, например, на основе малогабаритного бетатрона.

Использование: изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для электронного облучения. Сущность изобретения: устройство содержит бетатрон, первичный рассеиватель электронов в виде стенки ускорительной камеры, вторичный рассеиватель в виде полосы фольги, расположенной вдоль плоскости ускорения бетатрона. Ширина фольги меньше ширины, вычисленной из условия пропорциональности ширины полосы и размера формируемого бетатроном дозного поля в направлении, перпендикулярном плоскости ускорения, расстояниям до первичного рассеивателя. Вторичный рассеиватель может быть выполнен в виде набора полос фольги. Средняя ширина полос для диапазона больших энергий ускорения меньше средней ширины полос для диапазона малых энергий. 8 ил.

1. Облучающее устройство, содержащее бетатрон, первичный рассеиватель электронов в виде стенки ускорительной камеры, вторичный рассеиватель электронов, отличающееся тем, что вторичный рассеиватель выполнен в виде по крайней мере одной полосы фольги, расположенной вдоль плоскости ускорения бетатрона, с шириной, меньшей ширины, вычисленной из условия пропорциональности размеров ширины полосы и дозного поля в направлении, перпендикулярном плоскости ускорения, расстояниям до первичного рассеивателя. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вторичный рассеиватель выполнен в виде набора полос фольги, причем средняя ширина полос фольги набора для диапазона больших энергий ускорения меньше средней ширины полос фольги набора для диапазона малых энергий.