УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ДОЗНЫХ ПОЛЕЙ Российский патент 2002 года по МПК A61N5/00 

Изобретение относится к медицине, а именно к устройствам по медицинской радиологии, и предназначено для лучевой терапии протяженных по длине опухолей следующих локализаций: пищевода, длинных трубчатых костей, легких и т. д. ; при тотальном облучении отдельных органов, например легкого, брюшной полости.

В применяемых сегодня аналогах облучение протяженных опухолей, превышающих по своим размерам максимальную протяженность дозного поля, создаваемую используемым источником излучения, проводят при обычных расстояниях источник - поле (РИП) статическими полями, что возможно только суммированием рядом лежащих полей. Это сопряжено с риском пере- или недооблучения на границах слагаемых полей. В связи с этим для облучения протяженных опухолей с одного поля необходимо увеличение РИП. Недостатком больших РИП является образование большей полутени на краях формируемого поля, что особенно важно в случаях, когда облучают область, расположенную рядом с особо чувствительными органами, либо при повторных курсах лучевой терапии. Этот недостаток особенно ярко проявляется при больших РИП. Так, при РИП 180 см максимальный размер поля по 50%-ной изодозе на аппаратах "АГАТ-Р" и "РОКУС" составляет 46 см, в то время как полезно реализуемая область по 90%-ной изодозе - 40 см.

Известно устройство для формирования дозных полей (авт. св. СССР 576684, А 61 N 5/00, 74), состоящее из источника излучения, следящего привода перемещения источника излучения и управляющего устройства, которое включает программатор трехмерных координат и две расшифровывающие следящие системы.

Известно устройство для формирования дозных полей (авт. св. СССР 649188 А 61 N 5/00, 74), состоящее из источника излучения, следящего привода перемещения источника излучения, управляющего устройства, которое состоит из программатора двухмерных координат и двух расшифровывающих следящих систем, состоящих из сельсинов, дифференциальных сельсинов, синусно-косинусных вращающихся трансформаторов, исполнительных двигателей и источника напряжения смещения; программатор содержит магнитопроводы, на которых расположены обмотки возбуждения и измерительные обмотки.

К недостаткам описанных устройств относится то, что они не позволяют формировать протяженные дозные поля, отдельные участки которых расположены на разных расстояниях от входной поверхности с равномерным распределением дозы.

Задача настоящего изобретения - создание устройства для формирования дозных полей, которое позволяет сохранять однородное распределение дозы в различных мишенях разной протяженности.

Повышение степени однородности в различных мишенях, в том числе и протяженных, достигается тем, что предлагаемое устройство содержит источник излучения, привод перемещения источника по осям ротации и эксцентричности, управляющее устройство, при этом устройство состоит из программатора, синусно-косинусного вращающегося трансформатора /СКВТ/, тахогенератора, трансформатора, регулятора напряжения, усилителей; роторы СКВТ и тахогенератора кинематически связаны с валом ротации, выходы программатора и трансформатора соединены с входами усилителя, выход усилителя соединен с входами регулятора напряжения, выход которого соединен с входом тахогенератора, одним из входов трансформатора и СКВТ, один из выходов СКВТ соединен с другим входом трансформатора, один из входов другого усилителя соединен с выходом тахогенератора, другой - с выходом источника напряжения, пропорционального текущим значениям интенсивности, выход усилителя соединен с входами систем управления скоростью ротации и интенсивности.

На фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

На фиг. 2 - зависимость переноса оси создаваемого радиационного поля от значений углов ротации и эксцентричности.

Устройство для формирования дозных полей содержит управляющее устройство, включающее программатор 1, например, генератор функции 3, воспроизводящий заданное распределение дозы вдоль лентообразного дозного поля, усилители 2 и 7, регулятор напряжения 3, синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 4, трансформатор 5. Ротор СКВТ 4 с передаточным отношением 2/1 кинематически связан с выходным валом ротации. Выход регулятора напряжения 3 соединен с одной из входных статорных обмоток СКВТ 4, а также трансформатора 5. Выходная косинусная обмотка СКВТ 4 соединена с другой обмоткой трансформатора 5, выходная обмотка трансформатора 5 и выход программатора 1 соединены с входами решающего усилителя 2. Выход регулятора напряжения 3 соединен с обмоткой возбуждения тахогенератора 6, ротор тахогенератора 6 кинематически связан с выходным валом двигателя ротации, выходная обмотка тахогенератора 6 соединена с входом другого усилителя 7, выход которого соединен с входом следящей системы управления скоростью ротации, а также входом системы управления интенсивностью.

Используемый источник излучения представляет собой, например, линейный ускоритель с управляемой интенсивностью (триодный источник электронов). Поворот радиационной головки ускорителя по оси эксцентричности выполняется совместно с поворотно-фокусирующей системой при горизонтальном расположении излучателя, при вертикальном - поворотом излучателя с помощью волноводного вращающегося соединения ВВС. Вклад дозы по формируемой длине осуществляется путем управления скоростью ротации, а также интенсивностью излучения, причем управляемой выбрана скорость ротации, а управление интенсивностью - ведомым, подстроечным (большее быстродействие).

Устройство работает следующим образом.

Напряжение U₁, снимаемое с выхода программатора 1, пропорциональное заданному распределению дозы по формируемой длине на входе усилителя 2, сравнивается с напряжением, снимаемым с регулятора напряжения РН 3:

где α- текущие значения путевых углов ротации.

В результате автоматического решения уравнения (1) следящей системой, состоящей из регулятора напряжения 3, СКВТ 4, трансформатора 5, напряжение U₂, снимаемое с регулятора напряжения 3, будет соответствовать модифицированной по cos^-2α программе. Это напряжение поступает на вход тахогенератора 6. Напряжение, снимаемое с выхода тахогенератора 6, пропорциональное на входе усилителя 7, сравнивается с напряжением U₃, снимаемым с выхода источника напряжения 8, пропорционального текущим значениям интенсивности. Управление параметрами, обеспечивающими заданный вклад дозы, выполняется в результате автоматического решения уравнения:

Заявляемое устройство обеспечивает увеличение равномерности протяженного дозного поля, а также более высокий градиент дозы на ее границах (с одного поля, без увеличения расстояния источник - поле, без перемещения пациента). Это исключает риск пере- или недооблучения на границах соседних полей, образования краевой полутени, а также необходимость изготовления и применения узкоспециализированного устройства, а также не требует программного управления параметрами. На фиг.2 показан перенос радиационного поля при изменении текущих значений углов α ротации и α эксцентричности. Ось излучения направлена перпендикулярно к горизонтальной плоскости. Заданное распределение вдоль лентообразного дозного поля отражает особенности предлучевой топометрической подготовки больного /расстояния от входной поверхности до протяженной мишени, гетерогенности тканей/. Это позволяет более гибко приспособиться к конкретной клинической ситуации, т.е. отразить ее особенности в дозном распределении.

Увеличение степени однородности дозы в объеме мишени дает возможность уменьшить лучевую нагрузку на включаемые в зону облучения нормальные ткани, т. е. подвести более высокую дозу к объему мишени при щадящих режимах облучения нормальных тканей.

Во время облучения контролируются соответствия создаваемого и заданного размеров радиационных полей по формируемой длине.

Устройство предназначено для лучевой терапии протяженных по длине мишеней-опухолей. Устройство позволяет обеспечить увеличение равномерности протяженного дозного поля, а также более высокий градиент дозы на ее границах без увеличения расстояния источник - поле и без перемещения пациента. Это исключает риск пере- или недооблучения на границах соседних полей, образования краевой полутени, а также необходимость изготовления и применения узкоспециализированного устройства. Повышение степени однородности в различных протяженных мишенях достигается управлением параметрами, обеспечивающими заданный вклад дозы по формируемой длине. Устройство содержит источник излучения, привод перемещения источника по осям ротации и эксцентричности, управляющее устройство. Управляющее устройство содержит программатор, синусно-косинусный вращающийся трансформатор, тахогенератор, трансформатор, регулятор напряжения, усилители. 2 ил.

Устройство для формирования протяженных дозных полей, характеризующееся тем, что оно содержит источник излучения, привод перемещения источника по осям ротации и эксцентричности, управляющее устройство, состоящее из программатора, синусно-косинусного вращающегося трансформатора, тахогенератора, трансформатора, регулятора напряжения, усилителей; роторы синусно-косинусного вращающегося трансформатора и тахогенератора кинематически связаны с валом ротации, выходы программатора и трансформатора соединены с входами усилителя, выход усилителя соединен с входом регулятора напряжения, выход которого соединен с входом тахогенератора, одним из входов трансформатора и синусно-косинусного вращающегося трансформатора, один из выходов синусно-косинусного вращающегося трансформатора соединен с другим входом трансформатора, один из входов другого усилителя соединен с выходом тахогенератора, другой - с выходом источника напряжения, пропорционального текущим значениям интенсивности, выход усилителя соединен с входом систем управления скоростью ротации и интенсивности.