DE2118426A1 - Neutronenkollimator - Google Patents

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH.

6 Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

HH 70/63

13« April I97I Sa/Ma.

"Neutronenkollimator"

Die Erfindung befaßt sich mit einem Kollimator für energiereiche Strahlen, in dem sich eine Strahlenquelle befindet, die von einem die Strahlen abschirmenden Block aus festem bzw« flüssigen Material umgeben ist und einen Blendeneinsatz für den Austritt der Nutzstrahlen aufweist.

Es sind Neutronenkollimatoren für die Neutronentherapie bekannt» bei denen die Nutzstrahlbündel durch Blendeneinsätze mit verschiedenen Öffnungen ausgeblendet werden. Verschiedene Ulendeneinsätze werden im Behandlungsraum bereitgehalten. Da die Blenden zum TeiL ein erhebliches Gewicht besitzen

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(50 bis 100 kg), können sie oft nur durch Benutzung von Hubgeräten in den Kollimator eingesetzt werden. Der Austausch des Blendeneinsatzes kann erst dann erfolgen, wenn der Kollimator in eine bestimmte Lage gefahren worden ist. Diese Arbeit ist zeitraubend und erfordert einige Geschicklichkeit des Bedienungspersonals.

k Es sind ferner Kollimatoren für die Strahlentherapie mit Gamma- und/oder Elektronenstrahlen bekannt, bei denen das Strahlenbündel durch räumlich hintereinander angeordnete bzw. ineinander greifende bewegbare Abschirmblöcke ausgeblendet wird» Bedingt durch diese Konstruktion können hiermit nur Rechteckfelder ausgeblendet werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Kollimator für energiereiche Strahlen zu schaffen, mit dem eine automatische Strahlenbehandlung ohne den Wechsel von Blendeneinsätzen möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgeraäß dadurch gelöst, daß der Blendeneinsatz aus einer Vielzahl von ineinander gesetzten konischen Zellen gebildet ist, und daß die Form und die Größe des aus der Blende austretenden Nutzstrahlbündels variabel ist. Bei einem solchen Blendensystem kann die Wandstärke der einzelnen Zellen so gering wie möglich gehalten und die Zelleiiwandung mit einer Schicht minimaler Adhäsion

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versehen sein. Zur Änderung der Form und der Größe des austretenden Nutzstrahlenbiindels ist an jede Zelle eine mit Ventilen versehene Schlauch- oder Rohrleitung angeschlossen, die zur Einbringung oder Absaugung eines die Strahlen abschirmenden Materials dienen. Ein solches Material kann eine hochviskose Flüssigkeit, Emulsion oder Paste oder auch eine pulverförmige und/oder granulatförmige Substanz sein.

Ein besonderer Vorteil des Kollimators nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß ein spezieller Blendeneinsatz eine Vielzahl von verschiedenen Nutzstrahlenbündeln auszublenden gestattet, ohne daß es erforderlich ist, Blendeneinsätze auszuwechseln und die erforderliche Schichtdicke für die Abschirmung vergrößern zu müssen. Damit sind wesentlich mehr Variationsmöglichkeiten bezüglich der Einstellung von Form und Größe der Bestrahlungsfelder gegeben. Durch ein definiertes Einbringen des Abschirmmaterials in die einzelnen Zellen kann die Dosisleistung in den einzelnen Teilen des Bestrahlungsfeldes verändert, insbesondere auch die Dosis im gesamten Bestrahlungsfeld homogen gemacht und Randeffekte kompensiert werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Neutronenkollimatpr mit dem Blendeneinsatz nach der Erfindung,

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Fig. 2 den Blendeneinsatz getrennt vom Kollimator und die Fig« 3 und 4 Draufsichten auf die Blendenöffnung.

Der Neutronenkollimator weist ein mit 1 bezeichnetes Strahlrohr eines Ionenbeschleunigers mit einem die Neutronenquelle 2 bildendes Target auf, das im Mittelpunkt eines zylindrischen Kollimators angeordnet ist. Der Kollimator besteht

^ vorzugsweise aus mehreren durch 3 angedeuteten Schichten, von denen eine erste Schicht die hochenergetischen Neutronen abbremst, eine Zweite die gestreuten Neutronen weiter abbremst und absorbiert, und eine dritte Schicht die erzeugte Gammastrahlung absorbiert. Die Abschirmung von Neutronen ist beispielsweise besonders wirksam, wenn sie aus mehreren Schichten aufgebaut ist, von denen die erste und die dritte Schicht aus Stahl und die zweite Schicht aus einem Material mit hohem Wasserstoffgehalt pro Volumeneinheit besteht. Um die energiereiche Wasserstoff- und Eisen-Einfangstrahlung zu reduzieren,

™ enthalten die zweite und die dritte Schicht darüberhinäus Borzusätze. Der Kollimator weist eine Öffnung 4 zur Aufnahme des den Neutronennutzstrahl ausblendenden Blendensystems 5 auf.

Das Blendensystem 5 ist aus einer Vielzahl von konischen Zellen 5·1 bis.5·η mit quadratischen Grundflächen aufgebaut. Die Wandstärke jeder Zelle ist so gering wie möglich gehalten und die Wandung mit einer Schicht minimaler Adhäsion versehen.

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Aus der Darstellung nach Figur 2 ist zu ersehen, wie das Blendensystem 5 in einen Blendeneinsatz 6 eingebaut ist, der in die Öffnung 4 des Kollimators eingesetzt wird. Der Blendeneinsatz besitzt eine Abschirmung 7» die auf ihrem äußeren Umfang Stufen und Absätze aufweist, die den Durchtritt von Streustrahlen durch die Öffnung des Kollimators verhindern.

Jede dieser Zellen 5.1 bis 5·η ist mit einer Schlauchbzw. Rohrleitung 8 verbunden, durch die über Ventile 9 ein die Strahlen gut abschirmendes Material aus einem Vorratsbehälter 10 mit Hilfe von Pumpen 11 in die Zellen gedrückt bzw. wieder abgesaugt werden kann. Dieses Abschirmmaterial kann dabei eine mehr oder weniger bei normaler oder auch erhöhter Temperatur viskose Flüssigkeit, Emulsion, Paste und/oder auch eine pulver- und/oder granulatförmige Substanz sein. Als Beispiele für geeignete AbschirmmaterxÄlien sind Öle, Wasser, Paraffine und andere Kunststoffe, Pasten bestehend aus Kunststoff mit Eisen- und/oder Bleipulver sowie anderen Zusätzen, Pb-Pulver, Eisenpulver etc. zu nennen. Diese Substanz kann z. B. erst in den Zellen erstarren und bei einer Änderung des Bestrahlungsfeldes wieder erwärmt und abgepumpt werden. Die Schicht minimaler Adhäsion auf der Zellenwandung gewährleistet eine vollkommene Entfernung des Abschirmmaterials aus den Einzelzellen.

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Die Figuren 3 und 4 geben das Rasterfeld wieder, das sich bei der Bestrahlung durch das Blendensystem nach der Erfindung ergibt. Jedes Quadrat im Rasterfeld ist die Abbildung der unteren Grundfläche einer Zelle 5.1 bis 5·η. Ist keine der Einzelzellen mit abschirmendem Material gefüllt, so tritt das gesamte Nutzstrahlenbündel der Strahlenquelle 2 aus der Blendenöffnung aus. Dieser Fall ist in Fig. 3 dargestellt. Soll dagegen das Bestrahlungsfeld eine bestimmte Form und Größe erhalten, so werden mit Hilfe der Fülleinrichtung ,8 bis 10 bestimmte Zellen des Blendensystems 5 mit Abschirmmaterial gefüllt. Diese Zellen sind in Fig. 4 schraffiert dargestellt. Die Strahlen treten jetzt nur noch durch die inneren, von Abschirmmaterial freien Zellen auf das Bestrahlungsfeld aus. Durch den Grad der Füllung der einzelnen Zellen kann insbesondere die Dosisleistung in den einzelnen Bereichen des Bestrahlungsfeldes variiert werden. Insbesondere ist es dadurch auch w möglich, die Dosis im gesamten Bestrahlungsfeld homogen zu machen und Randeffekte zu kompensieren.

Mit einem Kollimator mit dem erfindungsgemäßen Blendensystem ist ein vollautomatischer Strahlentherapiebetrieb durchführbar. Insbesondere läßt sich das Strahlenfeld dem zu bestrahlenden Objekt durch einen Polygonenzug relativ genau anpassen.

6 Seiten Beschreibung

6 Patentansprüche

3 Bl. Zeichnungen mit 4 Figuren

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   1) Kollimator für energiereiche Strahlen, in dem sich eine Strahlenquelle befindet, die von einem die Strahlen abschirmenden Block aus festem bzw. flüssigem Material umgeben ist und einen Blendeneinsatz für den Austritt der Nutzstrahlen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Blendeneinsatz (5) aus einer Vielzahl von konischen Zellen (5.1 his 5·η) gebildet ist, und daß die Form und die Größe des aus der Blende austretenden Nutzstrahlenbundels variabel ist.

   2) Kollimator für energiereiche Strahlen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und Größe des aus der Blende austretenden Nutzstrahlenbundels durch Füllen und/oder teilweises Füllen Eiit Abschirmmaterial und/oder Entleeren der konischen Zollen variabel ist.

   3) Kollimator für eiiergiereiche Streuen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jede Zelle eine mit Ventilen (9) versehene Schlauch- oder Rohrleitung (8) angeschlossen i£sl-, die zur Einbringung oder Absaugung von die Strahlen abschirmenden Material dienen.

   M-) Kollimator für energieroiche Strahlen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als abschirmendes Material eine Flüssigkeit, Emulsion oder Paste dient.

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   5) Kollimator für energiereiche Stralilon nach Anspruch. 3> gekennzeichnet durch die Verv/endung pulver- und/oder granulat förmiger Sub st aua en.

   6) Kollimator für energiereiche Strahlen nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärken der Zellen so gering wie möglich und die Zellenwandungen mit einer Schicht minimaler Adhäsion versehen sind·

   Licentia Pat ent-Verwaltui ι gs- GmbH.

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