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

ОП ИС АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯСоюз Советских Социалистических республик(51)М, Кл,2 А 61 Я 5/10 Государственный комитет СССР по деяам изобретений и открытий(71) ЗаяВИтЕЛЬ Институт экспериментальной и клинической онкологииАМН СССР(54) СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ РОТАЦИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ПУЧКОМ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ МОНОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТЯЖЕЛЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, НАПРИМЕР ПРОТОНОВ Для лучевого лечения злокачественных опухолей пучками параллельных моноэнергетических тяжелых заряженныхчастиц высокой энергии наиболее выгодно использовать пик Брэгга - высокийи 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 объектаоблучения с помощью внешнего поглотителя переменной толщины, Известны 15такие способы расширения (размазывания)пика Брэгга с помощью гребенчатых фильтров или вращающегосяпод лучом диска поглотителя переменной толщины. 2 ООднако 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 рас"чета поправок на гетерогенность тканей объекта, Кроме того, изнестныеспособы и устройства не позволяют применить подвижное облучение, так как ЗО не могут обеспечить необходимую дляэтого непрерывную регулировку толщины внешнего поглотителя, которая должна непрерывно компенсиронать изменение суммарной эквивалентной толщинытканей, лежащих между поверхностьютела и опухолью при повороте объекта под лучом. Известные способы непозволяют также в процессе облученияплавно менять степень размазыванияпика Брэгга в зависимости от направления облучения.Цель изобретения - обеспечение локализации и размазывания пикаБрэгга в пределах патологическогоочага но время серии повторных облучений без необходимости предварительного расчета эквивалентной толщинытканей, лежащих на пути пучка междуповерхностью объекта и патологическим очагом,Цель достигается тем, что во время первого сеанса облучения на произвольном носителе информации,синфаэнос 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 5няют 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 а1 5 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 моноэнергетических параллельных тяжелых заряженных частиц в 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 б, 7 патологического очага; усилитель 8 сигнала датчиками 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 пары клиньев 2 и 3, которые в сечении представляют собойподобные обращенные один к другомугипотенузами прямоугольные треугольники, стороны которых всегда попарно параллельны, а один из катетовперпендикулярен к оси пучка. Клиньямогут быть смещены один относительнодругого перпендикулярно к оси пучкаили параллельно гипотенузе.Объект 5 облучения фиксирован наротационном стенде так, что дозиметрический датчик 4, введенный внутрьграниц патологического очага, всегда фсовмещен с точкой пересечения осипучка и оси ротации стенда. Во времяпоследующих сеансов облучения положение объекта облучения и зона патологического очага относительно осипучка и оси ротации стенда точно воспроизводятся.Блоки 10,11 переменной задержки 55выполнены н виде реле времени, времясрабатывания которых задают произвольна, раздельно для каждого блока., Привод .12 поглотителя обеспечиваетнепрерывное возвратно-поступательное .движение клиньев во время облучения,причем команда на реверс направлениядвижения клиньев может выдаватьсякак обоими блоками переменной задержки, так и блоком записи - воспроизведения,При проведении ротационного облучения пучок тяжелых заряженных частицпроходит через поглотитель переменнойтолщины, который с помощью привода 12непрерывно и с равномерной скоростьюто увеличивает, то уменьшает свою толщину одновременно по всему сечениюпучка. При этом пик Брэгга перемещается вдоль оси пучка в объекте облучения,то поднимаясь к поверхности объекта, тоопускаясь глубже уровня залегания дат(чика (например, от границы б до границы 7), Поэтому изменения во временисигнала, получаемого с датчика 4,может бкть описано двугорбой кривой(см. фиг. 2), Пока поглотитель имеет большую толщину и пик Брэгга лока"лизуется выше уровня расположениядатчика, сигнал датчика имеет минимальное значение (точка оь ) . Когдазадний (обращенный к объекту облучения) фронт пика пересекает уровеньрасположения датчика, сигнал начинает расти, становится максимальнымв момент совмещения пика Брэгга с положением датчика (точка Ь ) и,несколько уменьшается по мере продвиженияпика вглубь объекта (точка С ). После перемены направления движенияклиньев на обратное сигнал снова возрастает и вновь становится максимальным н момент второго совмещения пика с положением датчика (точка б ),после чего задний фронт пика уходитпо направлению к поглотителю и сигнал опять становится минимальным.После предварительного усилениян усилителе В сигнал датчика поступает в пусковое устройство 9, котороев момент достижения сигналом заданного уровня (например, уровня 6 нафиг. 2) включает один из блоков 10или 11 задержки в зависимости от того, в каком направлении изменяется вэтот момент толщина поглотителя. Выходной сигнал каждого блока задержки поступает на привод 12, где используется в качестве команды на реверс,направления изменения толщины поглотителя,Таким образом, форма сечения итраектория движения клиньев, из которых состоит поглотитель, обеспечивает равномерное изменение толщины по"глотителя одновременно по всему сечению пучка. Возвратно-поступательноедвижение клиньев обеспечивает необхомое перемещение пика Брэгга вдольоси пучка внутри объекта облучения.Руководствуясь сигналами Датчика дозиметра, введенного внутрь опухолиили прилегающего к ней, система управления совмещает пик Брэгга с местом расположения датчика дважды закаждый цикл качания клиньев поглотителя. Величину предельного смещенияпика вдоль оси пучка н стороны от мес.та 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 фразмазывание доэного максимума при любом направлении облучения, а следовательно, и при вращении объекта под лу 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 траекто" рия перемещения клиньев записывается в этом блоке синфаэно с поворотом ротационного стенда на произвольном 0 носителе информацииПри последующих облучениях, управляя реверсом направления движения клиньев, блок записи- воспроизведения 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 Врэг 110 Га в пределах патологического очага достаточно при повторных сеансах об" лучения точно воспроизводить перво 36 6начальное положение объекта облучения на ротационном стенде.Формула изобретенияСпособ проведения, ротационного облучения биологических объектов пучком параллельных моноэнергетическихтяжелых заряженных частиц, напримерпротонов, заключающийся в облучениивращающегося объекта пучком частици регулировании пробега частиц вобъекте с помощью плоскопараллельного поглотителя переменной толщины,о т л и ч а ю щ и й с я .тем, что, сцелью одновременной локализации иразмазывания пика Брэгга в пределах патологического очага во времясерии повторныХ облучений без необходимости предварительного расчетасуммарной эквивалентной толщины тканей, лежащих на пути пучка, во времяпервого сеанса облучения на произвольном носителе информации синфазно с поворотом объекта записывают траекториюизменения толщины поглотители, дляполучения которой в точку пересеченияоси пучка с осью ротации объекта вводят дозиметрический датчик, непрерыв"но с постоянной скоростью изменяюттолщину поглотителя, регистрируют изменение величины сигнала на датчике ипосле получения с датчика сигналазаданного уровня с произвольной задержкой осуществляют реверс направления изменения толщины доглотителя, а при последующих сеансах облучения воспроизводят записанную траекторию,40523 б Составитель С. ЛихтеревРедактор Е, месропова Техред М.Келемеа Корректор Е. Папп Заказ 4448/56ЦНИ Подписно 130 илиал ППП Патентф, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Тираж бИ Государственногоделам изобретенийМосква, Ж, Рауш омитета СССРоткрытийкая наб., д, 4