SU1338154A1 - Способ контрол параметров пучка в процессе протонной терапии - Google Patents

Abstract

Дл  пойьшени  точности соответстви  пучка излучени  патологическому очагу два одинаковых позиционно-чув- ствительных детектора устанавливают один вблизи больного, другой - на выходе из последнего фокусирующего дублета магнитных линз. Определ ют плотность интенсивности пучка, количественно сравнивают измеренные текущие плотности интенсивности с допустимыми значени ми и при их.превышении отключают пучок.

Description

00 60 00

ел

42

Изобретение относитс  к области мелнцины, 1) частности к медицинской радио огии и ,онкологн1т, и может быть использовано дл  контрол  параметров пучка в протонной терапии.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности соответстви  пучка излучени  патологическому очагу, что достигаетс  за счет определени  плот кости интенсивМости пучка поэиционн0 чувствительным детектором с количественным сравнением измеренных teкущих плотностей интенсивности с допустимыми значени ми, и при превьпйении их отключают пучок.

Дл  достижени  цели осуществл ют Контроль параметров пучка синхроциклотрона в процессе протонной терапии йри этим используют два одинаковых позиционно-чувствительных детектора (пропорциональные камеры), один из Яих устанавливают вблизи пациента, другой - на выходе из последнего фокусирующего дублета магнитных линз.

. Перед тем, как уложить пациента, включают протонный пучок и измер ют ток с каждой сигнальной проволочки пропорциональных камер. Проволочки ориентированы вдоль горизонтального и вертикального направлений. Токи со всех сигнальных проволочек измер ютс одновременно при условии регистрации всех частиц макросгустка протонного пучка, Амплитудньй спектр токов, протекающих через проволочки, дает искомое распределение плотности интенсивности протонов вдоль горизонтальной и вертикальной оси (т.е, одномерную проекцию двухкамерного распределени плотности интенсивности по сечению пучка). Это распределение измер ют с помощью накопител  на конденсаторах и передают параллелно па осшшлограф дл  визуального контрол , затем на злектронную схему обна;ружени  отклонений (СОО) - дл  осуш|ествлени  количественного контрол  динамическихизменений параметров пучка во врем  проведени  протонной терапии и (при необходимости) дл  отключени  пучка, и.на ЭВМ - дл  получени  документальной картины облучени .

Визуальньй и количественный контроль параметров пучка с помощью СОО провоп т одновременно в течение всег времени об/гучени . Распределение плотности интенсивности на ЭВМ полу5А2

ч ют также в течение нсего сеанса облучени ,

flo размеру облучаемой мишени формируют протонный пучок так, чтобы он перекрывал облучаемую мишень, не затрагива  окружающие здоровые ткани. Определ ют визуально горизонтальную и вертикальную координаты максимума распределени  плотности интенсивности и границы пучка, т.е. номера соответствующих сигнальных проволочек и каналов амплитудного спектра. Границы пучка определ ют точками распределени , в которых плотность интенсивности составл ет 10% от максимума.

На СОО путем регулировани  калибровочного напр жени  устанавливают два контрольных (допустимых) значени  напр жени : одно соответствует значению тока в максимуме распределени , другое - равносуммарной интенсивности вне границ пучка.

Далее выключают пучок. Лазером выставл ют направление пучка по координатам максимумов распределенийв двух пропорциональных камерах.

Укладывают пациента и выставл ют мишень на направление пучка, совмещают центр мишени с максимумом распределени  плотности интенсивности и границу мишени с границей пучка

Включают пучок. В каждом микроимпульсе протонов количественно сравнивают на электронных компараторах выставленные калибровочные значени  Напр жений на СОО с измеренными текущими величинами токов вне установленных каналов. Нахождение амплитуды , равной калибровочным напр жени м вне установленных каналов, означает, .что пучок или сместилс  с мищени, или расширилс  и вьппел за границы мишени, или увеличилась интенсивность пучка. В любом из этих случаев формируетс  сигнал на отключение пучка. Одновременно распределение плотности интенсивности в каждом макробанче выводитс  на экран осциллографа, что позвол ет оператору визуально следить за размерами и положением пучка относительно мишени .

П р и м а р г1. Осуществление способа с выключением пучка излучени  в процессе протонной терапии.

л133В

120 Гр при размере пол  облучени  иаметром 5 мм по 50%-ной изодозе. Известно, что хиазма находитс  на рассто нии 5 мм от центра гипофиза. |. Критическое значение дозы на хиазму составл ет 10 Гр.

Дл  облучени  при заданных услови х на синхроциклотроне был сформирован пучок протонов с энергией ш 1 ГэВ. В месте расположени  мишени иаметр пучка, измеренный на половине высоты распределени  плотности интенсивности обеспечивал подведение дозы в основном к гипофизу. Интен- 15 сивность пучка составл ла 7 10 с что соответствовало плотности интенсивности в центре пучка -2,4 10 . Пучок был импульсным с длительностью макробанча 0,4 не и частотой следе- 20 вани  40 Гц.

Облучение велось напролет с одного направлени  при отсутствии чистового коллиматора непосредственно перед пациентом. Мощность дозы в 25 центре дозировани  составл ла 5,4 Гр/мин. Планируемое врем  облучени  равное-22,2 мин.

Дл  уменьшени  лучевой нагрузки на ткани, Лежащие на пути пучка, об- 30 лучение проводили сход щимс  пучком, а также принимали дополнительные меры, такие, как вращение стола облучени  вокруг мишени.

Фокусировку пучка в точку облу- g чени  осуществл ли парой короткофокусных квадрупольных линз 20К50, размещенных на рассто нии 2,3 м от облучаемой мишени. Сходимость пучка составл ла О,.4. 40

Основным контролируемым параметром как при фор «ровании медицинского протонного пучка, так и в процессе облучени  была плотность интенсивности , горизонтальное и верти- 45 кальное распределение которой по сечению пучка измер ли при помощи двух

позиционно-чувствительньгх детекторов (пропорциональных камер). Одна камера бьша установлена на выходном 50 ланце последнего фокусирующего магнитного элемента 20К-50 на рассто нии 2,3 м от центра облучаемой мишени, втора  - в непосредственной близости от паци-ента на рассто нии 0,30 н 55 от мишени.

44

пропорциональных камер. (чки ориентированы вдоль горнз«нт ;г,но1о и вертикального направлений. Токи со всех проволочек измер лись одновременно при условии регистрпции всех частиц макросгустка протонного пучка. Амплитудный спектр токов, протекающих через проволочки, дает искомые распределени  плотности интенсивности протонов вдоль горизонтальной и вертикальной оси.

Пространственное разрешение пропopциoнaJ|ьныx камер составл ло 1 мм, что позволило измерить плотность интенсивности одновременно в 10-15 точках каждого из распределений и обеспечивало высокую точность определени  параметров протонного пучка.

По измеренным четырем распредеени м плотности интенсивности определ лись следующие параметры медицинского протонного пучка:

направление протонного пучка по линии, соедин 5«цей максимумы

пространственных распределений плот ности интенсивности, измеренных

двум  детекторами;

полна  интенсивность, как площадь Под кривой распределени  плотности интенсивности; размер пучка - пространственным положением .границ распределени  плотности интенсивности на уровне 10% от максимума;

положение пучка относительно облучаемой мишени - задаетс  совмеще- . нием пол  облучени  с полушириной распределени  плотности интенсивности , измеренной детектором, расположенным вблизи пациента;

сходимость пучка, характеризующую фокусировку пучка на мингень, опреде.л ли по формуле:

FWHMj - FWHMz

tg«//2 2L

угол сходимости пучка;

полные ширины на полувысоте распределений плотности интенсивности , измеренных двум  пропорциональными камерами; рассто ние между детекторами. на осциллотраф - дл  визуального оператинного контрол  за параметрам пучка в процессе облучени ; на электронную схему обнаружени  отклонений (СОО) - дл  осуществлени  количественного контрол  динамическиз измерений параметров пучка во врем  проведени  протонной терапии и, в случае ухода параметров, автоматического отключени  пучка; на ЭВМ - дл  получени  документальной картины процесса облучени . Количественный контроль параметров с помощью СОО проводили одновременно с визуальным контролем, осу ществл вшимс  оператором, в течение всего времени облучени . Распределе ни  .плотности интенсивности на ЭВМ также получали в течение всего сеан са облучени .СОО подключали к второй пропорциональной камере, которую устанавливали перед пациентом. Горизонталь ное распределение плотности интенсивности имело максимум в 9-м канале , и границы пучка в 4-ми 14-м каналах плоскости X. Максимум верти кального распределени  попал в 8-й канал, а границы пучка - в 3-й и 13-й каналы плоскости У. Номера эгих каналов были зафиксированы включением тумблеров на схеме СОО. Регулиру , калибровочное напр жение на СОО, установили контрольные (допустимые ) значени  на.пр жени : V соответствующее-значению тока в мак симуме распределени , и Vj - равное суммарной интенсивности вне границ пучка. В каждом макроимпульсе прото нов СОО количественно сравнивала на электронных компараторах выставленные значени  V и V и V, с измеренны ми текущими величинами напр жений. При нахождении амплитуды большей ИЛ11 равной V внутри границ пучка или амплитуды, превьппающей Vj вне пучка, схема СОО вьфабатывал сигнал на отключение ускорител , ко то)ый и отключалс  до прихода следу ющего макробанча пучка протонов. После этих подготовительных рабо выключалс  протонный пучок. Лазером выставл лось направление пучка (по координатам максимумов распреде в двух пропорциональных камерах ) . Пациент укладывалс  на горизонтальном столе. Его голойа жестко фиксировалась с помощью пластическо 4б маски. Совмещение центра мшкеии с направлением пучка достигалось с помощью рентгеновского аппарата-центр тора и обеспечивало точность не ниже +0,5 мм. После чего лазер был убран, протонный пучок включен и сеанс облучени  начиналс . Через 10 мин 40 с после начала облучени  пучок отключилс . Оказалось , что в 4-м и 14-м каналах плос кости Хин 3-м и 13-м каналах плоскости Y схема СОО обнаружила амплитуды , больше калибровочных напр жений Vj. Это означало, что пучок расширилс . Одновременно расширение (примерно в 1,5 раза) горизонтального и вертикального профилей пучка во второй пропорциональной камере было отмечено оператором на электронно-лучевой трубке осциллографа. При этом доза на хиазму возрасла в 9 раз. Через 25 мс после изменени  профил , пучок бьш автоматически отключен импульсом с СОО. За врем  действи  широкого пучка до отключени , доза, поглощенна  хиазмой, не превьпиала 2 мГр. Проверка показала, что выключилась одна из горизонтальных фокусирующих линз, расположенных вдоль тракта формировани  пучка. Режим ее был восстановлен. После проверки режимов работы всех магнитных элементов медицинского протонного канала , пучок был снова включён и сеанс облучени  был продолжен. Пауза в облучении составила примерно 3 мин. Через 20 мин 10 с после начала сеанса облучени  пучок бьт снова . отключен. Оказалось, что в 8-м канале по X и в 9-м канале по У были обнаружены значени , превышаю-. щие V. Одновременно в каналах меньших 4-го по X и больших 13-го по У замечены амплитуды, большие V, Соответствующие смещени  горизонтального и вертикального профил  (примерно на 1 канал) были зафиксированы оператором при визуальном контроле на осциллографе. Это привело к увеличению дозы на хиазму в 20 раз на врем , одного Макробанча 0,4 мс, после чего (в паузе между двум  макросгустками пучка) ускоритель был отключен по сигналу с СОО. Поглощенна  хиазмой доза составила мГр. Смещение пучка с центра облучени  мишени оказалось св занным с небольшим изменением тока в об