Способ проведения ротационного облучения биологических объектов пучком параллельных моноэнергетических тяжелых заряженных частиц, например, протонов

 

!

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«»405236

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено030567 (21)1153235/26-25 с присоединением заявки И9 (23) Приоритет

Опубликоваио050879. Бюллетень Но29

Дата опубликования описания 050879 (51) М. Кл.

А 61 N 5/10

Государственный комитет

СССР

»о делам изобретений и открытий (53) УДК621.039 (088,8) (72) Автор изобретения

Б. В. Астрахан (71) ЗаяВИтЕЛЬ Институт экспериментальной и клинической онкологии

АМН СССР (54) СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ POTMIHOHHOFO ОБЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ

ОБЪЕКТОВ ПУЧКОМ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ МОНОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

ТЯЖЕЛЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, НАПРИМЕР ПРОТОНОВ

Для лучевого л .чения злокачественных опухолей пучками параллельных моноэнергетических тяжелых заряженных частиц высокой энергии наиболее выгодно использовать пик Брэгга — высокий и острый дозный максимум, возникающий н облучаемом объекте в конце пробега частиц. При этом необходимо точно локализовать максимум н размазать его н пределах патологического очага.

Известны способы, позволяющие перемещать пик Брэгга внутри объекта облучения с помощью внешнего поглотителя переменной толщины, Известны 15 такие способы расширения (размазывания )пика Брэгга с помощью гребенчатых фильтров или вращающегося под лучом диска поглотителя перемен ной толщины. 2О

Однако известные способы локализации пика Брэгга н применении к крупным биологическим объектам (например, при облучении опухолей у человека) требуют трудоемких вычислений глубины залегания мишени (опухоли) и расчета поправок на гетерогенность тканей объекта. Кроме того, изнестные способы и устройства не позволяют применить подвижное облучение, так как не могут обеспечить необходимую для этого непрерывную регулировку толщины внешнего поглотителя, которая должна непрерывно компенсиронать изменение суммарной эквивалентной толщины тканей, лежащих между поверхностью тела и опухолью при повороте объекта под лучом. Известные способы не позволяют также в процессе облучения плавно менять степень размазывания пика Брэгга в зависимости от направления облучения.

Цель изобретения — обеспечение локализации и размазывания пика

Брэгга в пределах патологического очага но время серии повторных облучений без необходимости предварительного расчета эквивалентной толщины тканей, лежащих на пути пучка между поверхностью объекта и патологическим очагом, Цель достигается тем, что во Время первого сеанса облучения на произвольном носителе информации,синфаэно 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 .изме405236

5 няют толщину поглотителя, регистрируют изменение величины сигнала на датчике и после получения с датчика сигнала заданного уровня с произвольной задержкой осуществляют реверс направления изменения толщины поглотителя а

1 при последующих сеансах облучения воспроизводят записанную траекторию, На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — график изменения амплитуды. сигнала датчика при перемещении пика Брэгга вдоль оси пучка внутри объекта облучения; на фиг. 3 — график распределения доз, которое создает пучок моноэнергетичес- 5 ких параллельных тяжелых заряженных частиц н гомогенном объекте облучения вдоль оси, пучка.

Устройство для реализации предлагаемого способа содержит источник 1 излучения, генерирующий параллельный моноэнергетический пучок тяжелых заряженных частиц высокой энергии плоскопараллельный поглотитель переменной толщины, состоящий из клиньев 2, 3 датчик 4 дозиметра, введенный внутрь 25 объекта 5 облучения и лежащий в пределах границ 6, 7 патологического очага1 усилитель 8 сигнала датчика пусковое устройство 9; дна блока 10, 11 переменной задержки сигнала; привод 30

12 поглотителя переменной толщины и блок 13 записи — воспроизнедения.

Поглотитель переменной толщины выполнен в ниде цары клиньев 2 и 3, ко- 35 торые в сечении представляют собой подобные обращенные один к другому гипотенузами прямоугольные треугольники, стороны которых всегда попарно параллельны, а один из катетов 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 дозимет- 45 рический датчик 4, введенный внутрь границ патологического очага, всегда совмещен с точкой пересечения оси пучка и оси ротации стенда. Во время последующих сеансов облучения поло- 50 женке объекта облучения и зона патологического очага относительно оси пучка и оси ротации стенда точно воспроизводятся.

Блоки 10,11 переменной задержки 55 выполнены н виде реле времени, время срабатывания которых задают произвольна, раздельно для каждого 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 задержки, так и блоком записи — воспроизведения.

При проведении ротационного облуче» ния 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 дат4ика (например, от границы 6 до границы 7) . Поэтому изменения во времени сигнала, получаемого с датчика 4, может бкть 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 оь ). 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 Ь ) и,несколько уменьшается по мере продвижения пика вглубь объекта (точка C ). После перемены направления движения клиньев на обратное сигнал снова возрастает и вновь становится максимальным н момент второго совмещения пика с положением датчика (точка б ), после чего задний фронт пика уходит по направлению к поглотителю и сигнал опять становится минимальным.

После предварительного усиления н усилителе 8 сигнал датчика поступает в пусковое устройство 9, которое в момент достижения сигналом заданного уровня (например, уровня 6 на фиг, 2) включает один из блоков 10 или 11 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, 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 перемещение пика Брэгга вдоль оси пучка внутри объекта облучения.

Руководствуясь сигналами Датчика дозиметра, введенного внутрь опухоли или прилегающего к ней, система управления совмещает пик Брэгга с местом расположения датчика дважды за каждый цикл качания клиньев поглотителя. Величину предельного смещения пика вдоль оси пучка s стороны от места расположения датчика задает оператор, произвольно меняя время сраба5 4052 тывания блоков задержки. Необходимое время задержки легко рассчитать исходя из того, что как правило опухоль гомогенна и имеет удельный вес около

1 г/см . Поскольку датчик дозиметра всегда расположен в точке пересечения оси пучка с осью ротации стенда, система управления обеспечивает опти- мальные локализацию и размазывание доэного максимума при любом направлении облучения, а следовательно, и при вращении объекта под лу- 10 чом.

В процессе облучения информация О координатах. клиньев и угле поворота стенда непрерывно поступает в блок 15

13 записи — воспроизведения. Во время первого сеанса облучения траектория перемещения клиньев записывается в этом блоке синфаэно с поворотом ротационного стенда на произвольном О носителе информации ° При последующих облучениях, управляя реверсом направления движения клиньев, блок записивоспроизведения воспроизводит первоначальную траекторию движения клиньев синфазно с углом поворота стенда.

Это позволяет избавиться от необходимости повторно вводить внутрь объекта дозиметрический датчик. Для обеспечения .правильной локализации и оптимального размазывания пика Врэг1

®

Га в пределах патологического очага достаточно при повторных сеансах облучения точно воспроизводить перво36 6 начальное положение объекта облучения на ротационном стенде.

Формула изобретения

Способ проведения. ротационного облучения биологических объектов пучком параллельных моноэнергетических 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 суммарной эквивалентной толщины тканей, лежащих на пути пучка, во время первого сеанса облучения на произвольном носителе информации синфазно с поворотом объекта записывают траекторию изменения толщины поглотители, 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 реверс направления из менения толщины поглотителя, а при последующих сеансах облучения воспроизводят записанную траекторию, 405236

Составитель С. Лихтерев

Техред М.Келемеш Корректор Е. Папп

Редактор g. месропова

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4448/56 Тираж 672 Подписное

IJHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5