[go: up one dir, main page]

RU2238775C2 - Method for applying electron beam in carrying out radiation therapy - Google Patents

Method for applying electron beam in carrying out radiation therapy Download PDF

Info

Publication number
RU2238775C2
RU2238775C2 RU2002123025/14A RU2002123025A RU2238775C2 RU 2238775 C2 RU2238775 C2 RU 2238775C2 RU 2002123025/14 A RU2002123025/14 A RU 2002123025/14A RU 2002123025 A RU2002123025 A RU 2002123025A RU 2238775 C2 RU2238775 C2 RU 2238775C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic
magnetic field
electrons
electron
electron beam
Prior art date
Application number
RU2002123025/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002123025A (en
Inventor
В.Т. Доронин (RU)
В.Т. Доронин
Original Assignee
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова filed Critical Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
Priority to RU2002123025/14A priority Critical patent/RU2238775C2/en
Publication of RU2002123025A publication Critical patent/RU2002123025A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2238775C2 publication Critical patent/RU2238775C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Radiation-Therapy Devices (AREA)
  • Magnetic Treatment Devices (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: method involves focusing magnetic field on flat boundary separating healthy tissues and those under radiation treatment. The healthy tissues are protected with magnetic field of high magnetic density not permeable to healthy tissues. The electron beam is directed at right angle to magnetic induction lines and at an acute angle relative to boundary plane between the healthy tissues and those under radiation treatment determined by electron reflection required for applying radiation. Electrons reflected by magnetic field are forced through tissues under radiation treatment and magnetic field properties are adjusted. Magnetic barrier impermeable for electrons on boundary plane separating healthy tissues and those under radiation treatment is used as magnetic field area possessing high magnetic field intensity. The barrier is curved in compliance with circular electron orbit arcs.
EFFECT: enhanced effectiveness in irradiating continuous and discrete-points areas.
4 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, конкретно - предназначено для облучения пучком электронов при лучевой терапии.The invention relates to medicine, specifically is intended for irradiation with an electron beam during radiation therapy.

Ранее известные способы облучения пучком электронов при лучевой терапии разработаны в процессе поиска наиболее эффективных способов лечения пациентов и диагностики заболеваний в медицине.Previously known methods of irradiation with an electron beam during radiation therapy were developed in the process of searching for the most effective methods of treating patients and diagnosing diseases in medicine.

Известен способ облучения пучком электронов при лучевой терапии, включающий пропускание пучка электронов через облучаемые ткани, корректировку параметров пучка электронов и параметров экспозиции. При осуществлении этого способа отсутствует наведение магнитного поля на облучаемые ткани, здоровые ткани или все тело пациента и, следовательно, отсутствует корректировка параметров магнитного поля [Khan P.M. The physics of radiation therapy, Baltimore, Maryland, USA, 1992].A known method of irradiation with an electron beam during radiation therapy, including passing an electron beam through irradiated tissue, adjusting the parameters of the electron beam and exposure parameters. When implementing this method, there is no guidance of the magnetic field on the irradiated tissue, healthy tissue or the entire body of the patient and, therefore, there is no adjustment of the magnetic field [Khan P.M. The physics of radiation therapy, Baltimore, Maryland, USA, 1992].

Недостатками известного способа облучения пучком электронов при лучевой терапии являются, во-первых, отсутствие защиты здоровых тканей от облучения пучком электронов; во-вторых, отсутствие возможности облучения протяженных и точечных областей тела, так как максимум дозы облучения электронами не имеет малой ширины.The disadvantages of the known method of irradiation with an electron beam during radiation therapy are, firstly, the lack of protection of healthy tissues from irradiation with an electron beam; secondly, the inability to irradiate extended and point regions of the body, since the maximum dose of electron irradiation does not have a small width.

Наиболее близким по техническому результату (прототипом) к заявляемому изобретению является способ облучения пучком электронов при лучевой терапии, заключающийся в том, что наводят магнитное поле на облучаемые ткани, защищают здоровые ткани от облучения областью магнитного поля с магнитной индукцией, не проницаемой к здоровым тканям, направляют пучок электронов под прямым углом к линиям магнитной индукции магнитного поля, пропускают электроны через облучаемые ткани и корректируют параметры магнитного поля. В качестве области магнитного поля с магнитной индукцией, не проницаемой к здоровым тканям, используют непроницаемое магнитное поле в области облучаемых тканей. Пучок электронов направляют под прямым углом к поверхности области магнитного поля, а через облучаемые ткани пропускают электроны, закрученные на круговые траектории магнитным полем. Ширина у максимума дозы облучения определяется влиянием радиусов, равных от 1·10-2 до 4·10-2 метра у круговых орбит электронов с начальной энергией 2-30 МЭВ в магнитном поле от 1 до 5 Тесла [С.М. Варзарь, А.В. Тултаев, А.П. Черняев. Управление распределением дозы пучка электронов в лучевой терапии // Приборы и техника эксперимента, 2002, №1, с.113-117].Closest to the technical result (prototype) to the claimed invention is a method of irradiating an electron beam during radiation therapy, which consists in inducing a magnetic field on the irradiated tissues, protecting healthy tissues from irradiation with a magnetic field with magnetic induction that is not permeable to healthy tissues, they direct the electron beam at right angles to the magnetic field lines of the magnetic field, pass the electrons through the irradiated tissue and adjust the parameters of the magnetic field. As a magnetic field region with magnetic induction that is not permeable to healthy tissues, an impermeable magnetic field is used in the irradiated tissue region. The electron beam is directed at right angles to the surface of the magnetic field region, and electrons twisted into circular trajectories by a magnetic field are passed through irradiated tissues. The width at the maximum dose is determined by the influence of radii equal to from 1 · 10 -2 to 4 · 10 · 2 meters in circular orbits of electrons with an initial energy of 2-30 MEV in a magnetic field from 1 to 5 Tesla [S.M. Varzar, A.V. Tultaev, A.P. Chernyaev. Controlling the dose distribution of an electron beam in radiation therapy // Instruments and experimental technique, 2002, No. 1, p.113-117].

Недостатками указанного способа облучения пучком электронов при лучевой терапии являются: во-первых, наличие отрицательного влияния магнитного поля на облучаемую область и, во-вторых, отсутствие возможности облучения протяженных и точечных микроскопических областей. Отрицательное влияние магнитного поля на облучаемую область происходит из-за совмещения магнитного поля с областью облучения, не позволяющего провести в чистом виде облучение пучком электронов. Отсутствие возможности облучения протяженных и точечных микроскопических областей имеет место по причине отсутствия малой ширины у максимума дозы облучения из-за влияния радиусов, равных от 1·10-2 до 4·10-2 метра у круговых орбит электронов с начальной энергией 2-30 МЭВ в магнитном поле от 1 до 5 Тесла.The disadvantages of this method of irradiation with an electron beam during radiation therapy are: firstly, the presence of a negative effect of a magnetic field on the irradiated region and, secondly, the inability to irradiate extended and point microscopic regions. The negative influence of the magnetic field on the irradiated region occurs due to the combination of the magnetic field with the irradiation region, which does not allow conducting pure electron beam irradiation. The inability to irradiate extended and point microscopic regions occurs due to the absence of a small width at the maximum radiation dose due to the influence of radii equal to from 1 · 10 -2 to 4 · 10 · 2 -2 meters in circular orbits of electrons with an initial energy of 2-30 MEV in a magnetic field from 1 to 5 Tesla.

Предлагаемым изобретением решается задача, во-первых, обеспечения отсутствия отрицательного влияния магнитного поля на облучаемую область; во-вторых, обеспечения облучения протяженных и точечных микроскопических областей.The present invention solves the problem, firstly, to ensure the absence of negative effects of the magnetic field on the irradiated region; secondly, providing exposure to extended and point microscopic areas.

Для достижения указанного технического результата в способе облучения пучком электронов при лучевой терапии, включающем наведение магнитного поля с магнитной индукцией, не проницаемой к здоровым тканям, для защиты от облучения, направление пучка электронов под прямым углом к линиям магнитной индукции магнитного поля, пропускание электронов через облучаемые ткани, магнитное поле наводят на плоскость границы между облучаемыми и здоровыми тканями, увеличивают его магнитную индукцию до уровня магнитных барьеров индуцированного магнитного поля, не проницаемых для высокоэнергетических и низкоэнергетических электронов и изогнутых по дугам круговых орбит электронов, при этом пучок электронов направляют к магнитным барьерам под острым углом к плоскости границы между облучаемыми и здоровыми тканями для отражения электронов от магнитных барьеров, а отраженные электроны пропускают через облучаемые ткани.To achieve the specified technical result in the method of irradiation with an electron beam during radiation therapy, including inducing a magnetic field with magnetic induction that is not permeable to healthy tissues, to protect against radiation, directing the electron beam at right angles to the magnetic field lines of the magnetic field, passing electrons through the irradiated tissues, the magnetic field is brought to the plane of the boundary between the irradiated and healthy tissues, increase its magnetic induction to the level of magnetic barriers induced by magnetic field, which are not permeable to high-energy and low-energy electrons and bent in circular arcs of electrons, the electron beam is directed to the magnetic barriers at an acute angle to the plane of the boundary between the irradiated and healthy tissues to reflect electrons from the magnetic barriers, and the reflected electrons pass through the irradiated tissue.

Отсутствие отрицательного влияния магнитного поля на облучаемую область обусловлено тем, что магнитное поле наводят на плоскость границы между облучаемыми и здоровыми тканями, в качестве области магнитного поля с высокой магнитной индукцией, не проницаемой к здоровым тканям, используют непроницаемый для электронов магнитный барьер на плоскости границы между облучаемыми и здоровыми тканями, изогнутый по дугам круговых орбит электронов.The absence of a negative influence of the magnetic field on the irradiated region is due to the fact that the magnetic field is induced on the plane of the boundary between the irradiated and healthy tissues, and an impermeable to electrons magnetic barrier on the boundary plane is used as the magnetic field region with high magnetic induction, which is not permeable to healthy tissues irradiated and healthy tissues, curved along the arcs of circular electron orbits.

Облучение протяженных и точечных микроскопических областей обусловлено тем, что пучок электронов направляют под острым углом, определяемым необходимым для облучения отражением электронов, к плоскости границы между облучаемыми и здоровыми тканями, а через облучаемые ткани пропускают электроны, отраженные магнитным полем.Irradiation of extended and point microscopic regions is due to the fact that the electron beam is directed at an acute angle, which is determined by the reflection of electrons necessary for irradiation, to the plane of the boundary between the irradiated and healthy tissues, and the electrons reflected by the magnetic field are passed through the irradiated tissues.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображены график зависимости 1 центробежной силы, действующей на высокоэнергетический электрон при вынужденном движении по круговой орбите, от радиуса R орбиты электрона; график зависимости 2 центробежной силы, действующей на низкоэнергетический электрон при вынужденном движении по круговой орбите, от радиуса R орбиты электрона; график зависимости 3 магнитной составляющей силы Лоренца, действующей на высокоэнергетический электрон при движении в магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции, с линией магнитного барьера 4; график зависимости 5 магнитной составляющей силы Лоренца, действующей на низкоэнергетический электрон при движении электрона перпендикулярно линиям магнитной индукции, с линией магнитного барьера 6. На фиг.2 изображены график зависимости 1 центробежной силы, действующей на высокоэнергетический электрон при вынужденном движении по круговой орбите, от радиуса R орбиты электрона; график зависимости 2 центробежной силы, действующей на низкоэнергетический электрон при вынужденном движении по круговой орбите, от радиуса R орбиты электрона; график зависимости 7 магнитной составляющей силы Лоренца, действующей на высокоэнергетический электрон при движении электрона в магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции, с линией пониженного магнитного барьера 8, не удерживающего высокоэнергетический электрон на круговой орбите; график зависимости 9 магнитной составляющей силы Лоренца, действующей на низкоэнергетический электрон при движении электрона в магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции, с линией пониженного магнитного барьера 10, еще удерживающего низкоэнергетический электрон на круговой орбите. На фиг.3 изображена исходная траектория с переходом в круговую орбиту электронов вдоль магнитных барьеров 4, 6. На фиг.4 изображены исходные траектории электронов широкого пучка с переходом в круговую орбиту вдоль постоянных высотой магнитных барьеров 4, 6. При этом на фиг.1-4 высокоэнергетический электрон схематично показан затемненным кругом, а низкоэнергетический электрон - светлым кругом.Figure 1 shows a graph of the dependence of 1 centrifugal force acting on a high-energy electron during forced movement in a circular orbit, on the radius R of the electron orbit; graph of the dependence of 2 centrifugal forces acting on a low-energy electron during forced movement in a circular orbit, on the radius R of the electron orbit; plot 3 of the magnetic component of the Lorentz force acting on a high-energy electron when moving in a magnetic field perpendicular to the lines of magnetic induction, with a line of magnetic barrier 4; graph of the dependence of the 5th magnetic component of the Lorentz force acting on a low-energy electron when the electron moves perpendicular to the lines of magnetic induction, with the line of the magnetic barrier 6. Figure 2 shows a graph of the dependence of 1 centrifugal force acting on a high-energy electron during forced movement in a circular orbit, on the radius R is the electron orbit; graph of the dependence of 2 centrifugal forces acting on a low-energy electron during forced movement in a circular orbit, on the radius R of the electron orbit; plot 7 of the magnetic component of the Lorentz force acting on a high-energy electron when an electron moves in a magnetic field perpendicular to the lines of magnetic induction, with a line of lowered magnetic barrier 8 that does not keep the high-energy electron in a circular orbit; plot of the 9th magnetic component of the Lorentz force acting on a low-energy electron when an electron moves in a magnetic field perpendicular to the lines of magnetic induction, with a line of lowered magnetic barrier 10, which still holds the low-energy electron in a circular orbit. Figure 3 shows the initial trajectory with a transition in a circular orbit of electrons along the magnetic barriers 4, 6. Figure 4 shows the initial trajectory of the electrons of a wide beam with a transition in a circular orbit along the constant height of the magnetic barriers 4, 6. Moreover, in figure 1 -4 The high-energy electron is shown schematically in a darkened circle, and the low-energy electron in a bright circle.

Способ облучения пучком электронов при лучевой терапии осуществляют следующим образом. Сначала наводят слабое магнитное поле на плоскую границу между облучаемыми и здоровыми тканями пациента, при этом здоровые ткани окружают этим магнитным полем. Профиль магнитного поля обычно определяется формой сменных полюсных наконечников магнита или электромагнита. Защищают здоровые ткани от облучения областью магнитного поля с магнитной индукцией, не проницаемой к здоровым тканям. После достижения необходимого для защиты здоровых тканей профиля магнитного поля увеличивают индукцию магнитного поля до высокого уровня, заведомо не позволяющего электронам пройти не только в здоровые ткани, но и в область магнитного поля. То есть в качестве области магнитного поля с высокой магнитной индукцией, не проницаемой к здоровым тканям, используют не проницаемый для электронов магнитный барьер на плоской границе между облучаемыми и здоровыми тканями, изогнутый по дугам круговых орбит электронов. Пучок электронов направляют под острым углом к изогнутой по дугам круговых орбит электронов плоской границе магнитного поля и под прямым углом к линиям индукции магнитного поля, чтобы отраженные от магнитного поля электроны прошли через предназначенную для облучения область. Пропускают электроны через облучаемые ткани. Далее производят корректировку параметров магнитного поля до гарантированной защиты здоровых тканей от облучения пучком электронов и параметров пучка электронов до обеспечения требуемой глубины и требуемых размеров области облучения, уточняют время экспозиции и продолжают облучение пациента. При распределении дозы облучения и выборе режима облучения учитывают: график зависимости 1, поскольку необходимо, чтобы центробежная сила была меньше силы Лоренца, график зависимости 2, поскольку необходимо, чтобы центробежная сила была меньше силы Лоренца; график зависимости 3 с линией магнитного барьера 4, поскольку необходимо, чтобы сила Лоренца была больше центробежной силы, график зависимости 5 с линией магнитного барьера 6, чтобы сила Лоренца была больше центробежной силы; график зависимости 7 с линией пониженного магнитного барьера 8, не удерживающего высокоэнергетический электрон на круговой орбите, чтобы не допустить исхода высокоэнергетического электрона с круговой орбиты, график зависимости 9 с линией пониженного магнитного барьера 10, чтобы далее не понижать магнитного барьера 10. Фокусированный пучок электронов подают в магнитное поле для распределения дозы облучения по области облучения. Для распределения дозы облучения пучком электронов при лучевой терапии используют индуцированное магнитное поле, имеющее особую топографию. Топография магнитного поля для облучения пучком электронов при лучевой терапии характеризуется графиком зависимости 3 с линией магнитного барьера 4 для высокоэнергетических электронов и графиком зависимости 5 с линией магнитного барьера 6 для низкоэнергетических электронов. Особенностью топографии магнитного поля является наличие нескольких магнитных барьеров, высота каждого из которых определяется энергией соответствующего барьеру электрона. Энергетический спектр электронов для реализации предлагаемого способа достаточно разбить на две области спектра, а электроны разбить на две группы - высокоэнергетические электроны и низкоэнергетические электроны. Магнитный барьер 4 соответствует высокоэнергетическим электронам, а магнитный барьер 6 - низкоэнергетическим электронам. Магнитными барьерами 4, 6 для движущихся одиночных электронов и для пучка электронов в целом является повышенная магнитная индукция в области магнитного поля, оказывающая сдерживающее воздействие на электроны. Сдерживающее воздействие магнитного барьера 4 на высокоэнергетические электроны проявляется посредством повышенной силы Лоренца, соответствующей скорости высокоэнергетических электронов и повышенному уровню магнитной индукции в протяженной области пространства. Сдерживающее воздействие магнитного барьера 6 на низкоэнергетические электроны проявляется посредством повышенной силы Лоренца, соответствующей скорости низкоэнергетических электронов и повышенному уровню магнитной индукции в протяженной области пространства. Магнитная составляющая силы Лоренца, действующая на электрон, определяется по формуле (1):The method of irradiation with an electron beam during radiation therapy is as follows. First, a weak magnetic field is induced on a flat boundary between the irradiated and healthy tissues of the patient, while healthy tissues are surrounded by this magnetic field. The magnetic field profile is usually determined by the shape of the interchangeable pole pieces of the magnet or electromagnet. Protect healthy tissues from exposure to a magnetic field with magnetic induction that is not permeable to healthy tissues. After reaching the magnetic field profile necessary for the protection of healthy tissues, the magnetic field induction is increased to a high level, which obviously does not allow electrons to pass not only into healthy tissues, but also into the region of the magnetic field. That is, as a magnetic field region with high magnetic induction, which is not permeable to healthy tissues, an electron-barrier magnetic barrier on a flat boundary between irradiated and healthy tissues, curved along the arcs of circular orbits of electrons, is used. The electron beam is directed at an acute angle to the plane boundary of the magnetic field bent along the arcs of circular electron orbits and at a right angle to the lines of magnetic field induction so that the electrons reflected from the magnetic field pass through the area intended for irradiation. Electrons are passed through irradiated tissues. Next, the magnetic field parameters are adjusted to guarantee the protection of healthy tissues from electron beam irradiation and the electron beam parameters to ensure the required depth and size of the irradiation area, the exposure time is specified, and the patient is continued to be irradiated. When distributing the radiation dose and choosing the irradiation regime, the following is taken into account: dependence graph 1, since it is necessary that the centrifugal force is less than the Lorentz force, graph of dependence 2, since it is necessary that the centrifugal force is less than the Lorentz force; plot of 3 with the line of the magnetic barrier 4, since it is necessary that the Lorentz force is greater than the centrifugal force, plot of 5 with the line of the magnetic barrier 6, so that the Lorentz force is greater than the centrifugal force; a plot of 7 with a line of lowered magnetic barrier 8 that does not hold a high-energy electron in a circular orbit to prevent the high-energy electron from leaving a circular orbit, a plot of 9 with a line of lowered magnetic barrier 10 so as not to further lower the magnetic barrier 10. A focused electron beam is fed in a magnetic field to distribute the radiation dose over the irradiation area. An induced magnetic field having a special topography is used to distribute the dose of radiation with an electron beam during radiation therapy. The topography of the magnetic field for electron beam irradiation during radiation therapy is characterized by a plot of 3 with a line of a magnetic barrier 4 for high-energy electrons and a plot of 5 with a line of a magnetic barrier 6 for low-energy electrons. A feature of the topography of the magnetic field is the presence of several magnetic barriers, the height of each of which is determined by the energy of the electron corresponding to the barrier. The energy spectrum of electrons for the implementation of the proposed method is enough to split into two spectral regions, and to divide electrons into two groups - high-energy electrons and low-energy electrons. Magnetic barrier 4 corresponds to high-energy electrons, and magnetic barrier 6 corresponds to low-energy electrons. Magnetic barriers 4, 6 for moving single electrons and for the electron beam as a whole is increased magnetic induction in the magnetic field, which has a restraining effect on the electrons. The restraining effect of the magnetic barrier 4 on high-energy electrons is manifested by means of an increased Lorentz force, a corresponding velocity of high-energy electrons and an increased level of magnetic induction in an extended region of space. The restraining effect of the magnetic barrier 6 on low-energy electrons is manifested by an increased Lorentz force, the corresponding speed of low-energy electrons and an increased level of magnetic induction in an extended region of space. The magnetic component of the Lorentz force acting on the electron is determined by the formula (1):

Figure 00000002
Figure 00000002

где q - заряд электрона;where q is the electron charge;

v - скорость электрона;v is the electron velocity;

В - магнитная индукция поля.In - magnetic induction of the field.

Воздействие магнитной составляющей силы Лоренца на электрон зависит от скорости полета электрона и магнитной индукции поля. Поэтому магнитная составляющая силы Лоренца, действующая на высокоэнергетический электрон, определяется по формуле (2):The effect of the magnetic component of the Lorentz force on the electron depends on the flight speed of the electron and the magnetic induction of the field. Therefore, the magnetic component of the Lorentz force acting on a high-energy electron is determined by the formula (2):

Figure 00000003
Figure 00000003

где v1 - скорость высокоэнергетического электрона.where v 1 is the speed of a high-energy electron.

Магнитная составляющая силы Лоренца, действующая на низкоэнергетический электрон, определяется по формуле (3):The magnetic component of the Lorentz force acting on a low-energy electron is determined by the formula (3):

Figure 00000004
Figure 00000004

где v2 - скорость низкоэнергетического электрона. На пучок электронов воздействуют магнитными барьерами 4, 6 по фронту подошедшего к магнитным барьерам 4, 6 пучка электронов. Воздействуют магнитными барьерами 4, 6 изогнутыми по дугам круговых орбит электронов и в то же время защищающими здоровые ткани по фронту отклонения и рассеяния электронов. Распределение дозы облучения пучком электронов с помощью магнитных барьеров 4, 6 индуцированного магнитного поля производят при положении магнитных барьеров 4, 6, которое обеспечивает необходимую защиту здоровых тканей, максимальное рассеяние электронов в область облучения и минимальное рассеяние электронов на здоровые ткани. Распределение дозы облучения пучком электронов с помощью магнитных барьеров 4, 6 индуцированного магнитного поля производят при форме магнитных барьеров 4, 6, которая имеет плавные изгибы поверхности, приближающиеся к изгибам области облучения, чтобы облучению подверглись все предназначенные для этого ткани. Пучок электронов направляют к магнитным барьерам 4, 6 под острым углом, определяемым необходимым для облучения отражением электронов, к плоской границе между облучаемыми и здоровыми тканями, а через облучаемые ткани пропускают электроны, отраженные магнитным полем. Регулировку распределения дозы облучения пучком электронов производят с помощью магнитных барьеров 4, 6 индуцированного магнитного поля путем изменения форм барьеров 4, 6, изменением положений барьеров 4, 6 и сменой барьеров 4, 6. Само распределение дозы облучения пучком электронов осуществляют при последующем сохранении определенных положений магнитных барьеров 4, 6 и определенных форм магнитных барьеров 4, 6. Магнитные барьеры 4, 6 протяженны вдоль изогнутых участков траекторий электронов. Высоту, ширину и длину магнитных барьеров 4, 6 выбирают достаточными величинами для удержания электронов на круговых орбитах, достаточными для защиты здоровых тканей и достаточными для достижения требуемого распределения дозы облучения. Электроны вынуждены перемещаться в составе пучка электронов вдоль магнитных барьеров 4, 6, оказавшихся на пути электронов. Электроны из состава пучка отклоняются магнитными барьерами 4, 6 и далее следуют в составе пучка электронов по изогнутым траекториям. Необходимое распределение дозы пучка электронов определяют не только величиной магнитной индукции на пути электронов, но и положением магнитных барьеров 4, 6 в пространстве, при достаточной величине магнитной индукции барьеров 4, 6 и при соответствующих формах магнитных барьеров 4, 6. Магнитные барьеры 4, 6 имеют по всей длине постоянные достаточные высоты при постоянном или переменном радиусе изгиба этих магнитных барьеров. Распределение дозы облучения электронов осуществляют с помощью достаточно высоких магнитных барьеров 4, 6. Поперечное сечение магнитного барьера 6 для низкоэнергетических электронов изображено в виде пика графика зависимости 5 силы Лоренца, действующей на низкоэнергетический электрон в магнитном поле, от радиуса орбиты низкоэнергетических электронов. Каждый максимум индукции для бинарной по энергии смеси электронов дает два максимума сил Лоренца, два магнитных барьера 4, 6 для электронов, как это проиллюстрировано графиками 3, 5 с линиями магнитных барьеров 4, 6 на фиг.1. При достаточно высоких пиках сил Лоренца, т.е. при магнитных барьерах 4, 6 выше кривой линии 1, все электроны могут пролетать по круговым орбитам. Когда электроны летят по круговым орбитам, вершина магнитного барьера может иметь любую форму, но форма магнитного барьера 6 должна быть такой, чтобы выполнялось условие (4):where v 2 is the speed of the low-energy electron. The electron beam is affected by magnetic barriers 4, 6 along the front of the electron beam approaching the magnetic barriers 4, 6. They are affected by magnetic barriers 4, 6 curved along the arcs of circular electron orbits and at the same time protecting healthy tissues along the front of electron deflection and scattering. The dose distribution of the electron beam using magnetic barriers 4, 6 of the induced magnetic field is performed at the position of the magnetic barriers 4, 6, which provides the necessary protection for healthy tissues, the maximum electron scattering in the irradiation region and the minimum electron scattering on healthy tissues. The dose distribution of the electron beam using magnetic barriers 4, 6 of the induced magnetic field is performed in the form of magnetic barriers 4, 6, which has smooth bends of the surface, approaching the bends of the irradiation area, so that all the tissues intended for this are exposed to radiation. The electron beam is directed to the magnetic barriers 4, 6 at an acute angle determined by the electron reflection necessary for irradiation, to the flat boundary between the irradiated and healthy tissues, and the electrons reflected by the magnetic field are passed through the irradiated tissues. The distribution of the dose of radiation by the electron beam is adjusted using magnetic barriers 4, 6 of the induced magnetic field by changing the shape of the barriers 4, 6, changing the positions of the barriers 4, 6 and changing the barriers 4, 6. The distribution of the dose of the radiation by the electron beam is carried out with the subsequent preservation of certain positions magnetic barriers 4, 6 and certain forms of magnetic barriers 4, 6. Magnetic barriers 4, 6 are extended along curved sections of electron trajectories. The height, width and length of the magnetic barriers 4, 6 are chosen sufficient to hold the electrons in circular orbits, sufficient to protect healthy tissues and sufficient to achieve the desired dose distribution. Electrons are forced to move in the electron beam along magnetic barriers 4, 6, which are in the path of electrons. Electrons from the beam composition are deflected by magnetic barriers 4, 6 and then follow the curved paths in the composition of the electron beam. The required dose distribution of the electron beam is determined not only by the magnitude of the magnetic induction on the electron path, but also by the position of the magnetic barriers 4, 6 in space, with a sufficient magnetic induction of the barriers 4, 6 and with the corresponding forms of the magnetic barriers 4, 6. Magnetic barriers 4, 6 have constant sufficient heights along the entire length with a constant or variable bending radius of these magnetic barriers. The distribution of the electron irradiation dose is carried out using sufficiently high magnetic barriers 4, 6. The cross section of the magnetic barrier 6 for low-energy electrons is shown as a peak in the graph of the dependence of the 5 Lorentz force acting on a low-energy electron in a magnetic field on the radius of the orbit of low-energy electrons. Each induction maximum for an energy binary mixture of electrons gives two Lorentz force maximums, two magnetic barriers 4, 6 for electrons, as illustrated by graphs 3, 5 with lines of magnetic barriers 4, 6 in figure 1. At sufficiently high peaks of Lorentz forces, i.e. with magnetic barriers 4, 6 above the curve of line 1, all electrons can fly in circular orbits. When electrons fly in circular orbits, the top of the magnetic barrier can be of any shape, but the shape of the magnetic barrier 6 must be such that condition (4) is satisfied:

Figure 00000005
Figure 00000005

где R - радиус изгиба магнитного барьера;where R is the bending radius of the magnetic barrier;

m - масса электрона;m is the mass of the electron;

v1 - скорость высокоэнергетического электрона;v 1 - velocity of a high-energy electron;

В - индукция магнитного поля, соответствующая наибольшей высоте магнитного барьера.B — magnetic field induction corresponding to the highest height of the magnetic barrier.

При снижении высоты магнитного барьера 8, как это показано на фиг.2, происходящем одновременно со снижением магнитного барьера 10, высокоэнергетический электрон уходит с круговой орбиты на прямолинейную траекторию. Исхода электронов за магнитный барьер 8 допускать нельзя во избежание облучения здоровых тканей. Низкоэнергетический электрон, при достаточной высоте магнитного барьера 10, остается на круговой орбите. Для низкоэнергетического электрона, движущегося по дуге круговой орбиты, должно выполняться условие (5):With a decrease in the height of the magnetic barrier 8, as shown in Fig. 2, which occurs simultaneously with a decrease in the magnetic barrier 10, the high-energy electron leaves a circular orbit on a straight path. The exit of electrons beyond the magnetic barrier 8 should not be allowed in order to avoid irradiation of healthy tissues. A low-energy electron, with a sufficient height of the magnetic barrier 10, remains in a circular orbit. For a low-energy electron moving along an arc of a circular orbit, condition (5) must be satisfied:

Figure 00000006
Figure 00000006

где m- масса электрона;where m is the mass of the electron;

v2 - скорость низкоэнергетического электрона.v 2 is the speed of the low-energy electron.

Высоту магнитных барьеров 8, 10 увеличивают до высоты барьеров 4, 6. Траектория электронов вдоль магнитных барьеров 4, 6 и, следовательно, вдоль облучаемой протяженной области показана на фиг.3.The height of the magnetic barriers 8, 10 is increased to the height of the barriers 4, 6. The path of the electrons along the magnetic barriers 4, 6 and, therefore, along the irradiated extended region is shown in Fig.3.

Так осуществляется способ облучения пучком электронов при лучевой терапии на примере облучения пациента узким сфокусированным пучком.Thus, a method for irradiating an electron beam during radiation therapy is carried out using the example of irradiating a patient with a narrow focused beam.

Указанный способ облучения пучком электронов при лучевой терапии годен и при облучении пациента широким пучком электронов, что поясняется фиг.4. На фиг.4 показано, что облучение области широким лучом трансформируется в усиленное облучение только вдоль протяженной области, то есть вдоль линии транспортировки электронов около магнитных барьеров 4, 6.The specified method of irradiation with an electron beam during radiation therapy is also suitable for irradiating a patient with a wide electron beam, which is illustrated in Fig.4. Figure 4 shows that irradiation of the region with a wide beam is transformed into enhanced irradiation only along the extended region, that is, along the line of electron transport near the magnetic barriers 4, 6.

После распределения дозы облучения пучком электронов и защиты здоровых тканей не проницаемым для пучка электронов магнитным полем, направления пучка электронов под острым углом к тонкой области магнитного поля и под прямым углом к линиям магнитной индукции, осуществляют собственно облучение пучком электронов.After the dose distribution of the electron beam and the protection of healthy tissues by the magnetic field not permeable to the electron beam are distributed, the electron beam is directed at an acute angle to a thin region of the magnetic field and at right angles to the lines of magnetic induction, the electron beam is irradiated.

Использование предлагаемого изобретения позволит защитить облучаемые и здоровые ткани пациента от воздействия магнитного поля и проводить процесс облучения широким или узким пучком электронов в протяженных и точечных микроскопических областях.Using the proposed invention will protect the irradiated and healthy tissue of the patient from exposure to a magnetic field and carry out the irradiation process with a wide or narrow electron beam in extended and point microscopic areas.

Claims (1)

Способ облучения пучком электронов при лучевой терапии, включающий наведение магнитного поля с магнитной индукцией, непроницаемой к здоровым тканям, для защиты от облучения, направление пучка электронов под прямым углом к линиям магнитной индукции магнитного поля, пропускание электронов через облучаемые ткани, отличающийся тем, что магнитное поле наводят на плоскость границы между облучаемыми и здоровыми тканями, увеличивают его магнитную индукцию до уровня магнитных барьеров индуцированного магнитного поля, не проницаемых для высокоэнергетических и низкоэнергетических электронов и изогнутых по дугам круговых орбит электронов, при этом пучок электронов направляют к магнитным барьерам под острым углом к плоскости границы между облучаемыми и здоровыми тканями для отражения электронов от магнитных барьеров, а отраженные электроны пропускают через облучаемые ткани.A method of irradiating an electron beam during radiation therapy, including inducing a magnetic field with magnetic induction impervious to healthy tissues, to protect against radiation, directing the electron beam at right angles to the magnetic field lines of the magnetic field, transmitting electrons through irradiated tissues, characterized in that the magnetic the field is brought to the plane of the boundary between the irradiated and healthy tissues, its magnetic induction is increased to the level of the magnetic barriers of the induced magnetic field, which are not permeable to high energetic and low-energy electrons and circular orbits of electrons bent along arcs, while the electron beam is directed to the magnetic barriers at an acute angle to the plane of the boundary between the irradiated and healthy tissues to reflect electrons from the magnetic barriers, and the reflected electrons pass through the irradiated tissues.
RU2002123025/14A 2002-08-27 2002-08-27 Method for applying electron beam in carrying out radiation therapy RU2238775C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002123025/14A RU2238775C2 (en) 2002-08-27 2002-08-27 Method for applying electron beam in carrying out radiation therapy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002123025/14A RU2238775C2 (en) 2002-08-27 2002-08-27 Method for applying electron beam in carrying out radiation therapy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002123025A RU2002123025A (en) 2004-03-27
RU2238775C2 true RU2238775C2 (en) 2004-10-27

Family

ID=33537107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002123025/14A RU2238775C2 (en) 2002-08-27 2002-08-27 Method for applying electron beam in carrying out radiation therapy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2238775C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2306567B2 (en) * 1973-02-10 1980-09-25 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Irradiation facility with an electron accelerator
RU2067464C1 (en) * 1992-10-05 1996-10-10 Сорокин Владимир Борисович Irradiation unit
RU2191610C2 (en) * 2000-04-12 2002-10-27 Медицинский радиологический научный центр РАМН Method for forming absorbed radiation dose in performing neutron therapy

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2306567B2 (en) * 1973-02-10 1980-09-25 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Irradiation facility with an electron accelerator
RU2067464C1 (en) * 1992-10-05 1996-10-10 Сорокин Владимир Борисович Irradiation unit
RU2191610C2 (en) * 2000-04-12 2002-10-27 Медицинский радиологический научный центр РАМН Method for forming absorbed radiation dose in performing neutron therapy

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВАРЗАРЬ С.М. и др. Управление распределением дозы пучка электронов в лучевой терапии. Приборы и техника эксперимента, №1, 2002, с.113-117. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002123025A (en) 2004-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11529532B2 (en) Radiation therapy systems and methods
JP3118608B2 (en) System for multi-particle therapy
TWI882989B (en) Particle therapy system
US20210085999A1 (en) Apparatus and methods for magnetic control of radiation electron beam
CA2353980C (en) Method for treating a target volume with a particle beam and device implementing same
CN111093767B (en) Configurable collimator controlled using linear motors
CN114668986B (en) A radiotherapy device, a photon flash therapy system, and an ultra-high energy electron flash therapy system
US9006677B2 (en) Fan beam modulator for ion beams providing continuous intensity modulation
JP2023543104A (en) Device for delivering radiation therapy
RU2238775C2 (en) Method for applying electron beam in carrying out radiation therapy
US12138486B2 (en) System for radiation therapy
CN102793978A (en) Multi-ply effective depth modulator
JP2009039353A (en) Charged particle irradiation apparatus and its control method
JPH07148277A (en) Nonuniform ridge filter system for irradiation with heavy charge particle ray
RU2765830C1 (en) Method for changing the final energy of a proton beam used for flash therapy
EP4245363A1 (en) A particle beam transport system for the delivery of particle beam therapy
JPH04197273A (en) Treating device formed by using proton ray
RU2209643C2 (en) Method for radiation therapy
KR20110039171A (en) Programmable Mask for Hadron Treatment
KR20160133793A (en) Target for Generating Charged Particle and Apparatus for Generating Charged Particle
HK1260433B (en) Radiation therapy systems
Breuer et al. Modifying the Proton Beam
Chu beam delivery systems

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040828