Способ проведения ротационного облучения биологических объектов пучком параллельных моноэнергетических тяжелых заряженных частиц, например, протонов Советский патент 1979 года по МПК A61N5/10 

1

Для лучевого лечения злокачественных опухолей пучками параллельных моноэнергетических тяжелых заряженных частиц высокой энергии наиболее выгоД но использовать пик Брэгта - высокий и острый доэный максимум, возникающий в облучаемом объекте в конце пробега частиц. При этом необходимо точно локализовать максимум и размазать его в пределах патологического очага.

Известны способы, позволяющие перемещать пик Брэгга внутри объекта облучения с помощью внешнего поглотителя переменной толщины. Известны такие способы расширения (размазывания ) пика Брэгга с помощью гребенчатых фильтров или вращеиощегося под лучом диска поглотителя переменной толщины.

.Однако известные способы локализации пика Брэгга в применении к крупным биологическим объектам (например при облучении опухолей у человека) требуют трудоемких вычислений глубниы залегания мишени (опухоли) и расчета поправок на гетерогенность тканей объекта. Кроме того, известные способы и устройства не позволяют применить подвижное облучение, так как

не могут обеспечить необходимую для этого непрерывную регулировку толщины внешнего поглотителя, которая должна непрерывно компенсировать изменение су1«марной эквивалентной толщины тканей, лежаишх между поверхностью тела и опухолью при повороте объекта под лучом. Известные способы не позволяют также в процессе облучения

размазывания

плавно менять степень

пика Брэгга в зависимости от направления облучения.

Цель изобретения - обеспечение локализации и размазывания пика Брэгга в пределах патологического очага во время серии повторных облучений без необходимости предварительного расчета эквивалентной толщины тканей, л жс1щих на пути пучка между поверхностью объекта и патологическим очагом.

Цель достигается тем, что во время первого сеанса облучения на произвольном носителе информации.синфаэио с поворотом объекта записываиот траекторию изменения то.пщины поглотителя, для получения которой в точку пересечения оси пучка с осью ротации объекта вводят дозиметрический датчик, непрерывно с постоянной скоростью,иэмеэняют толщину поглотителя, регистриру изменение величины сигнала на датчик и после получения с датчика сигнала заданного уровня с произвольной задержкой осуществляют реверс направле ния изменения толщины поглотителя, а ри последующих сеансах облучения во производят записанную траекторию. I На фиг. 1 приведена блок-схема, устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - график изменения амплитуды, сигнала датчика пр перемещении пика Брэгга вдоль оси пу ка внутри объекта облучения; на фиг. 3 - график распределения доз, которое создает пучок моноэнергетиче кйх параллельных тяжелых заряженных частиц в гомогенном объекте облучени вдоль оси, пучка. Устройство для реализации предлагаемого способа содержит источник 1 излучения, генерирующий параллельный моноэнергетический пучок тяжелых заряженных частиц высокой энергии; пло копараллельный поглотитель переменно толщины, состоящий из клиньев 2, 3; датчик 4 дозиметра, введенный внутрь объекта 5 облучения и лежащий в пределах границ б, 7 патологического оч га; усилитель 8 сигнала датчика; пус ковое устройство 9; два блока 10, 11 переменной задержки сигнала; привод 12 поглотителя переменной толщины и блок 13 записи - воспроизведения. Поглотитель переменной толщины вы полнен в виде пары клиньев 2 и 3, ко торые в сечении представляют собой подобные обращенные один к другому гипотенузами прямоугольные треугольники, стороны которых всегда попарно параллельны, а один из катет.ов перпендикулярен к оси пучка. Клинья могут быть смещены один относительно другого перпендикулярно к оси пучка или параллельно гипотенузе. Объект 5 облучения фиксирован на ротационном стенде так, что дозиметрический датчик 4, введенный внутрь границ патологического очага, всегда совмещен с точкой пересечения оси пучка и оси ротации стенда. Во время последующих сеансов облучения положение объекта облучения и зона патологического очага относительно оси пучка и оси ротации стенда точно воспроизводятся. Блоки 10,11 переменной задержки выполнены в виде реле времени, время срабатывания которых задают произволь но, раздельно для кс1Ждого блока. , Привод .12 поглотителя обеспечивает непрерывное возвратно-поступательное движение клиньев во время облучения причем команда на реверс направления движения клиньев может выдаваться как обоими блоками переменной задерж ки, так и блоком записи - воспроизведения, 6 При проведении ротационного облучения пучок тяжелых заряженных частиц проходит через поглотитель переменной толщины который с помощью привода 12 непрерывно и с равномерной скоростью то увеличивает, то уменьшает свою-толщину одновременно по всему сечению пучка. При этом пик Брэгга перемещается вдоль оси пучка в объекте облучения, то поднимаясь к поверхности объекта, то опускаясь глубже уровня залегания (например, от границы б до границы 7) . Поэтому изменения во времени сигнала, получаемого с датчика 4, может быть описано двугорбой кривой (см. фиг. 2). Пока поглотитель имеет большую толщину и пик Брэгга локализуется выше уровня расположения датчика, сигнал датчика имеет минимальное значение (точка ). Когда задний (обращенный к объекту облучения) фронт пика пересекает уровень расположения датчика, сигнал начинает расти, становится максимальным в момент совмещения пика Брэгга с положением датчика (точка Ъ ) и .несколько уменьшается по мере продвижения пика вглубь объекта (точка с ). После перемены направления движения клиньев на обратное сигнал снова возрастает и вновь становится максимальным в момент второго совмещения пика с положением датчика (точка d ), после Чего задний фронт пика уходит по направлению к поглотитепюг и сигнал опять становится минимальным. После предварительного усиления в усилителе 8 сигнал датчика поступает в пусковое устройство 9, которое в момент достижения сигналом заданного уровня (например, уровня е на фиг. 2) включает один из блоков Ю или И задержки в зависимости от того, в каком направлении изменяется в этот момент толщина поглотителя. Выходной сигнал каждого блока задержки поступает на привод 12, где используется в качестве команды на реверс 7 направления изменения толщины погло тителя. . Таким образом, форма сечения и траектория движения клиньев, из которых состоит поглотитель, обеспечивает равномерное изменение толщины поглотителя одновременно по всему сечению пучка. Возвратно-поступательное движение клиньев обеспечивает необхомое перемоцение пика Брэгга вдоль оси пучка внутри объекта облучения. Руководствуясь сигналами Датчика дозиметра, введенного внутрь опухоли или прилегающего к ней, система управления совмещает пик Врэгга с местом расположения датчика дважды за каждый цикл качания клиньев поглотителя. Величину предельного смещения пика вдоль оси пучка в стороны от места расположения датчика задает опеатор, произвольно меняя время срабатывания блоков задержки. Необходимое время задержки легко рассчитать исхо дя из того, что как правило опухоль гомогенна и имеет удельный вес около 1 г/см. Поскольку датчик дозиметра всегда расположен в точке пересечени оси пучка с осью ротации стенда, сис тема управления обеспечивает оптимальные локализацию и размазывание дозного максимума при любом направлении облучения, а следователь но, и при вращении объекта под лучом. В процессе облучения информгщия о координатах.клиньев и угле поворота стенда непрерывно поступает в блок 13 записи - воспроизведения. Во время первого сеанса облучения траектория перемещения клиньев записывается в этом блоке синфазно с поворотом ротационного стенда на произвольном носителе информации. При последующих облучениях, управляя реверсом направ ления движения клиньев, блок записивоспроизведения воспроизводит первоначальную траекторию движения клиньев синфазно с углом повррота стенда. Это позволяет избавиться от необходи мости повторно вводить внутрь объекта дозиметрический датчик. Для обеспечения правильной локализации и оптимального размазывания пика Брз га в пределах патологического очага достаточно при повторных сеансах облучения точно воспроизводить первоначальное положение объекта облучения на ротационнс стенде. Формула изобретения СпЬсоб проведения.ротационного облучения биологических объектов пучком параллельных моноэнергетнческих тяжелых заряженных частиц, например протонов, заключающийся в облучении вращающегося объекта пучком частиц и регулировании пробега частиц в объекте с помощью плоскопараллельного поглотителя переменной толщины, отличающийся тем, что, с целью одновременной локализации и размазывания пика Брэгга в пределах патологического очага во время серии повторных облучений без необходимости предварительного расчета сулмарной эквивалентной толщины тканей, лежащих на -пути пучка, во время первого сеанса облучения на произвольном носителе информации синфазно с поворотом объекта записывают траекторию изменения толщины поглотителя, для получения которой в точку пересечения оси пучка с осью ротации объекта вводят дозиметрический датчик, непрерывно с постоянной скоростью изменяют толщину поглотителя, регистрируют изменение величины сигнала на датчике и после получения с датчика сигнала заданного уровня с произвольной задержкой осуществляют реверо направления из енения толщины юглотителя, а при последующих сеансах облучения воспроизводят записанную траекторию.

3

Время

9и.г.2.

Пин брэ29а

US.J.

/7/: offee