DE19933284A1

DE19933284A1 - Solid body phantom for dosimetry of brachytherapy radiation sources in near field region has simple means for placing radiation source in solid body adjacent to radiation detector

Info

Publication number: DE19933284A1
Application number: DE1999133284
Authority: DE
Inventors: Robert Guenther; Frank Horn; Armin Hertel; Thomas Wendt; Petra Kretzschmar
Original assignee: Buero fuer Forschungstransfer FSU
Current assignee: Buero fuer Forschungstransfer FSU
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2001-01-18

Abstract

Solid body phantom has a cylindrical body (1) with an opening (3, 4) for mounting of the radiation source towards the edge of the cylinder region. A radiation detector (14) is arranged close to the surface of the cylinder jacket (9). The opening (3, 4) is to contain a gamma or beta brachytherapy source with a wall distance of less than 2 mm, ideally less than 1 mm to the cylinder jacket.

Description

Die Erfindung betrifft ein Festkörperphantom zur Dosimetrie von Brachy therapiestrahlenquellen im Nahfeldbereich, insbesondere zur vaskulären Brachytherapie mit direkt anzeigenden Strahlendetektoren, wie Plastik szintillatoren, Ionisationskammern und Halbleiterdetektoren, sowie indirekt anzeigenden Strahlendetektoren, wie Thermolumineszenzdetektoren (TLD), α-Analin und photoempfindliche Materialien (Filme). Unter dem Begriff Brachytherapiestrahlenquellen sind auch radioaktive Stents und mit radioak tivem Material gefüllte Ballons etc. zu verstehen.The invention relates to a solid state phantom for dosimetry by Brachy Therapy radiation sources in the near field, especially for vascular Brachytherapy with directly displaying radiation detectors, such as plastic scintillators, ionization chambers and semiconductor detectors, as well as indirect indicating radiation detectors, such as thermoluminescence detectors (TLD), α-analine and photosensitive materials (films). Under the term Brachytherapy radiation sources are also radioactive and with radioactive stents tive material to understand filled balloons etc.

Für radiotherapeutisch genutzte Strahlenquellen besteht in der Brachytherapie die Forderung, diese vor ihrer Inbetriebnahme und danach in regelmäßigen Abständen auf ihre Dosisleistung in einem homogenen Material zu messen bzw. zu prüfen.There is brachytherapy for radiation sources used for radiotherapy the requirement to do this before commissioning and afterwards in regular Measure distances on their dose rate in a homogeneous material or to check.

Bei γ-Strahlenquellen wird die Dosisleistung der einzusetzenden Quelle in Luftkerma im Abstand von 1 m angegeben. Außerdem muß die räumliche Dosisverteilung des Quellentyps bekannt sein, damit eine genaue Bestrah lungsplanung durchgeführt werden kann.For γ-radiation sources, the dose rate of the source to be used is shown in Air kerma specified at a distance of 1 m. In addition, the spatial Dose distribution of the source type should be known so that an exact irradiation planning can be carried out.

Beim Einsatz von γ- und β-Quellen bei der Gefäßbestrahlung zur Vermeidung bzw. zur Reduzierung von Restenosen ist die Dosisleistung bei der Bestrah lung der Herzkranzgefäße in einem Abstand von 2 mm (Ravende Naath, et al.: "Intravasculäre brachytherapy physics: Report of the AA PM Radiation Therapy Commitee Task Group Nr. 60", Med. Phys. 26 (2), Februar 1999, 119-152) von der Quellenachse anzugeben. To avoid using γ and β sources in vascular irradiation or to reduce restenosis is the dose rate for the irradiation development of the coronary arteries at a distance of 2 mm (Ravende Naath, et al .: "Intravascular brachytherapy physics: Report of the AA PM Radiation Therapy Committee Task Group No. 60 ", Med. Phys. 26 (2), February 1999, 119-152) from the source axis.

Bei der Bestrahlung von periphären Gefäßen soll eine Dosisangabe im Abstand gemittelter Gefäßradius plus 2 mm erfolgen (Ravende Naath, et al.: "Intravasculäre brachytherapy physics: Report of the AA PM Radiation Therapy Commitee Task Group Nr. 60", Med. Phys. 26 (2), Februar 1999, 119-152).When irradiating peripheral vessels, a dose should be given in the Distance of averaged vessel radius plus 2 mm (Ravende Naath, et al .: "Intravascular brachytherapy physics: Report of the AA PM Radiation Therapy Committee Task Group No. 60 ", Med. Phys. 26 (2), February 1999, 119-152).

In der klinischen Routine werden folgende Methoden zur Ermittlung der Dosis- und/oder der Dosisleistungsverteilung eingesetzt:
Eine Meßsonde, die in allen Raumrichtungen positioniert werden kann, befindet sich in einem mit Wasser gefüllten Behälter, dem Wasserphantom.The following methods are used in clinical routine to determine the dose and / or dose rate distribution:
A measuring probe, which can be positioned in all spatial directions, is located in a container filled with water, the water phantom.

Außerdem ist in dem Wasserphantom eine wasserdicht verschlossene Applikatorsonde angebracht, in die eine Brachytherapiestrahlenquelle einge fahren werden kann. Durch entsprechende Positionierung der Meß-Sonde, die über die dreidimensionale Bewegung des Meßschlittens in alle, bis auf die durch die Applikatorsonde blockierten Positionen, gefahren werden kann, läßt sich die Dosisverteilung in einem zeitaufwendigen Meßvorgang bestimmen.In addition, there is a watertight sealed in the water phantom Applicator probe attached, in which a brachytherapy radiation source is inserted can be driven. By appropriate positioning of the measuring probe, the about the three-dimensional movement of the measuring carriage in all but the positions blocked by the applicator probe can be moved determine the dose distribution in a time-consuming measuring process.

Einfacher im Aufbau und in der Handhabung sind Festkörperphantome zum Aufnehmen der Applikatorsonde und verschiedene um die Applikatorsonde angebrachte Bohrungen zur Aufnahme der Meß-Sonden. Nachteilig ist hier die vordefinierte Meßposition an der Stelle der Bohrungen.Solid-state phantoms are simpler in construction and handling Pick up the applicator probe and various around the applicator probe Drilled holes to hold the measuring probes. The disadvantage here the predefined measuring position at the location of the holes.

Bei den genannten Meßanordnungen ist eine Dosis- bzw. eine Dosisleistungs angabe in den geforderten Abständen von der Quellenachse, bedingt durch die endliche Ausdehnung des Meßvolumens (einige mm³ bei Ionisationskammern und Halbleiterdetektoren) zuzüglich der zusätzlichen Ummantelung (einige mm) nicht möglich.In the above-mentioned measuring arrangements, a dose or dose rate specification at the required distances from the source axis is not possible due to the finite extent of the measuring volume (a few mm ³ in the case of ionization chambers and semiconductor detectors) plus the additional casing (a few mm).

Zur Dosimetrie von perkutanen Bestrahlungsquellen wurde folgendes Phantom vorgeschlagen:
Bei der DE 32 39 547 ist in einem drehbaren Zylinder ein zweiter Zylinder drehbar so angebracht, daß deren Rotationsachsen parallel zueinander sind. In dem kleinen inneren Zylinder, dessen Achse exzentrisch zum größeren Zylinder liegt, befindet sich eine exzentrisch angebrachte Bohrung zur Aufnahme einer Meß-Sonde. Durch Rotation der beiden Zylinder in entge gengesetzter Richtung kann erreicht werden, daß der Abstand der Meß- Sondenbohrung von der Oberfläche des äußeren Zylinders kontinuierlich verändert wird. Es kann somit eine Abhängigkeit der Dosisverteilung von der Eindringtiefe gemessen werden.The following phantom has been proposed for dosimetry of percutaneous radiation sources:
In DE 32 39 547, a second cylinder is rotatably mounted in a rotatable cylinder so that its axes of rotation are parallel to each other. In the small inner cylinder, the axis of which is eccentric to the larger cylinder, there is an eccentrically mounted bore for receiving a measuring probe. By rotating the two cylinders in opposite directions it can be achieved that the distance of the measuring probe bore from the surface of the outer cylinder is continuously changed. A dependence of the dose distribution on the penetration depth can thus be measured.

Bei einer ähnlichen Methode (DE 31 45 262 C2) wird der äußere Zylinder durch einen Quader ersetzt.In a similar method (DE 31 45 262 C2) the outer cylinder replaced by a cuboid.

Es ist auch bekannt (DE 297 04 004 U1), den äußeren Zylinder durch einen Quader einzufassen. Alle drei Teile sind gegeneinander beweglich angeord net.It is also known (DE 297 04 004 U1), the outer cylinder by a To enclose cuboids. All three parts are arranged to be movable relative to one another net.

Zur Aufnahme einer Brachytherapiestrahlenquelle könnte bei den vorgenann ten drei drehbaren Phantomen, insbesondere bei der DE 32 39 547, die Meß- Sonde in der exzentrischen Bohrung durch eine Applikatorsonde ersetzt werden. Außerhalb des äußeren Zylinders müßte ein Strahlendetektor angebracht werden. Denkbar wäre hier ein Dosimetriefilm, z. B. ein Gafchromicfilm, bzw. ein direkt anzeigender punktförmiger Detektor, der zur Erfassung eines größeren Meßbereiches bewegt werden müßte. Nachteilig wäre aber, daß der Abstand Detektor und Brachytherapiestrahlenquelle durch die gegenläufige Rotation von zwei Zylindern bestimmt wird. Weiterhin läßt sich bei einer solchen Anordnung der erforderliche kleine Abstand zwischen Detektor und der Brachytherapiestrahlenquelle nicht realisieren, da sich zwischen der exzentrisch angebrachten Bohrung des inneren Zylinders und der Zylinderoberfläche des inneren Zylinders ein endlicher Steg befindet. Darüber hinaus weist der äußere Zylinder ebenfalls einen endlichen Steg zwischen der Oberfläche des äußeren Zylinders und der Bohrung auf. For the inclusion of a brachytherapy radiation source, the above could three rotatable phantoms, especially in DE 32 39 547, the measuring Probe in the eccentric bore replaced by an applicator probe become. Outside the outer cylinder would have to be a radiation detector be attached. A dosimetry film, e.g. B. a Gafchromic film, or a directly displaying point-shaped detector, which for Detection of a larger measuring range would have to be moved. Disadvantageous but would be that the distance detector and brachytherapy radiation source through the opposite rotation of two cylinders is determined. Furthermore leaves with such an arrangement, the required small distance between Detector and the brachytherapy radiation source can not be realized because between the eccentric bore of the inner cylinder and there is a finite web on the cylinder surface of the inner cylinder. In addition, the outer cylinder also has a finite web between the surface of the outer cylinder and the bore.

Es ist auch eine Vorrichtung (Neal T. Glover et. al. "Dosimetry Verification of High Dose Rate Iridium - 192 Treatments", ISSN 8756-1687 Copyright 1995, Januar 1995) bekannt, bei dem ein Film durch eine starre parabolische Plexiglashalterung und die Quellenachse im Abstand von 2 m vom Scheitel punkt des parabelförmigen Phantoms fixiert werden. Die Anordnung befindet sich in einem Wasserbad, um die Rückstreubedingungen zu realisieren, wobei es jedoch nicht ohne weiteres möglich ist, eine direkt anzeigende Dosimetrie an verschiedenen Phantomoberflächenpunkten vorzunehmen.It is also a device (Neal T. Glover et. Al. "Dosimetry Verification of High Dose Rate Iridium - 192 Treatments ", ISSN 8756-1687 Copyright 1995, January 1995) in which a film is rigid due to a parabolic Plexiglass holder and the source axis at a distance of 2 m from the apex point of the parabolic phantom. The arrangement is yourself in a water bath to realize the backscatter conditions, being however, it is not readily possible to use a direct display dosimetry at different phantom surface points.

In der US 5 635 709 wird eine Anordnung beschrieben, bei der sich die Quelle, die in eine Applikatorsonde eingeführt wird, in 15°-Schritten im Win kelbereich von 0 bis 180° um ihre Achse drehen kann, wobei die Applikator sonde horizontal und vertikal beweglich ist. Der Detektor (Ionisationskam mer) kann im Winkelbereich von -90° bis 90° in 15°-Schritten im radialen Bereich von 0,3 bis 2 cm mit einer Schrittweite von 0,5 mm bewegt werden. Das Gesamtsystem ist im Wasserphantom plaziert. Nachteiligerweise liegt der Dosisleistungsmeßbereich außerhalb des geforderten radialen Abstandes von 2 mm, und eine Dosimetrie ist in diesem Bereich nicht möglich. Außerdem kann die Dosisleistung in einer Meßebene nicht kontinuierlich erfaßt werden. Erschwerend wirkt sich zusätzlich die geforderte Koordinierung der einzelnen Translations- und Rotationsbewegungen aus.In US 5 635 709 an arrangement is described in which the Source that is inserted into an applicator probe in 15 ° steps in win range from 0 to 180 ° around its axis, using the applicator probe is horizontally and vertically movable. The detector (ionization came mer) can be in the angle range from -90 ° to 90 ° in 15 ° steps in the radial Range from 0.3 to 2 cm with a step size of 0.5 mm. The entire system is placed in the water phantom. The disadvantage is that Dose rate measurement range outside the required radial distance of 2 mm, and dosimetry is not possible in this area. Moreover the dose rate cannot be recorded continuously in one measuring plane. The required coordination of the individual also makes matters worse Translational and rotational movements.

Weiterhin ist ein Festkörperphantom (Charles W. Coffey and Dennis M. Duggen: "Dosimetric Considerations and Dose Measurement Analysis of a ³²P Radioactive Stent", Seite 207-216, in Vascular Brachytherapy, Edited by R. Waksman, et. al. 1996) zur Dosimetry von Stents bekannt, das mittels quadratischer Platten (5 × 5 × 2 cm³) aus festem Material aufgebaut ist. Zur Aufnahme der Stents werden in der Mitte der Platten Bohrungen angebracht. Zwischen den Platten sind Gafchromicfilme, die senkrecht zur Stentachse liegen, mit einer kreisförmigen Aussparung zur Aufnahme des Stents, gelagert.Furthermore, a solid state phantom (Charles W. Coffey and Dennis M. Duggen: "Dosimetric Considerations and Dose Measurement Analysis of a ³² P Radioactive Stent", page 207-216, in Vascular Brachytherapy, Edited by R. Waksman, et. Al. 1996 ) for dosimetry of stents, which is built up using solid plates (5 × 5 × 2 cm ³ ). Bores are drilled in the middle of the plates to accommodate the stents. Gafchromic films, which are perpendicular to the stent axis and have a circular recess for receiving the stent, are stored between the plates.

In der gleichen Literaturquelle ist eine Anordnung beschrieben, bei welcher der in Achsrichtung liegende Film, der zur Aufnahme des Stents ausgestanzt wird, zwischen Festwasserplatten, die ebenfalls zur Aufnahme des Stents ausgefräst sind, gelagert ist und die radiale Dosisverteilung ermittelt werden kann.An arrangement is described in the same literature source in which the axial film that is punched out to accommodate the stent is between fixed water plates, which are also used to hold the stent are milled out, stored and the radial dose distribution is determined can.

Mit beiden letztgenannten Vorrichtungen (siehe auch US 5 511 107) ist aller dings eine direkt anzeigende Dosisleistungsverteilungserfassung ebenfalls nicht möglich. Außerdem kann keine exakte Filmauswertung am ausgestanz ten Filmrand in unmittelbarerer Nähe der Applikatorsonde erfolgen.With the latter two devices (see also US 5 511 107) is all However, a direct display of dose rate distribution recording also not possible. In addition, no exact film evaluation can be punched out th edge of the film in the immediate vicinity of the applicator probe.

In einer Anordnung (Youri Popowski et. al. "Dosimetry for ⁹⁰Y Wire Self- Centrering Catheter System", S. 234, Vascular Brachytherapy, Edited by R. Waksman et. al. 1996) wird ein quaderförmiges Festkörperphantom aus gewebeäquivalentem Material mit einer Bohrung zur Aufnahme der Applikatorsonde für die Brachytherapiestrahlenquelle und mit mehreren Bohrungen in festen Abständen zur Sondenachse zur Aufnahme von TLD's beschrieben.In an arrangement (Youri Popowski et. Al. "Dosimetry for ⁹⁰ Y Wire Self-Centering Catheter System", p. 234, Vascular Brachytherapy, Edited by R. Waksman et. Al. 1996), a cuboid solid phantom made of tissue-equivalent material is combined with a Bore for receiving the applicator probe for the brachytherapy radiation source and described with several bores at fixed distances from the probe axis for receiving TLDs.

Zu Erfassung des Tiefendosisverlaufes werden in die Bohrungen mehrere TLD's hintereinander eingefüllt. Durch die weit über 1 g/m³ liegende Dichte der TLD's ist die gemessene Tiefendosis mit größeren Fehlern behaftet, insbesondere bei der Tiefendosis von β-Strahlen.To record the course of the depth dose, several TLDs are filled into the holes one after the other. Due to the density of the TLDs, which is well over 1 g / m ³ , the measured depth dose is associated with larger errors, in particular with the depth dose of β-rays.

Zur Ausmessung der Oberflächendosis an Zentrierballons der zentrierten Katheter wird eine Methode beschrieben (Youri Popowski et. al. "Dosimetry for ⁹⁰Y Wire Self-Centrering Catheter System" S. 234, Vascular Brachy therapy, Edited by R. Waksman et. al. 1996), bei der sich diametral gegenüber liegende Detektoren (TLD's) an der Ballonoberfläche angebracht werden. Diese Anordnung befindet sich bei einer in den Katheter ausgefahrenen Quelle und aufgeblasenen Ballons in einem Wasserbad. Die Methode ist in ihrem Handling sehr aufwendig, und die Meßbedingungen sind nicht einfach reproduzierbar.A method for measuring the surface dose on centering balloons of the centered catheters is described (Youri Popowski et. Al. "Dosimetry for ⁹⁰ Y Wire Self-Centering Catheter System" p. 234, Vascular Brachy therapy, Edited by R. Waksman et. Al. 1996 ), in which diametrically opposed detectors (TLD's) are attached to the balloon surface. This arrangement is in a water bath with a source extended into the catheter and inflated balloons. The method is very complex to handle and the measurement conditions are not easily reproducible.

In der US 5 430 308 wird ein Körperphantom aus gewebeäquivalentem Materialscheiben mit dazwischen liegenden Filmen vorgestellt, das zur Dosimetrie von perkutanen Bestrahlungsfeldern eingesetzt wird. Auch dieses Phantom ist auf Grund der Abstände zwischen Strahlenquellen und Strahlen detektor für die besagten Aufgaben nicht geeignet.In US 5 430 308 a body phantom is made of tissue equivalent Discs of material with films in between are presented Dosimetry of percutaneous radiation fields is used. This too Phantom is due to the distances between radiation sources and rays Detector not suitable for the tasks mentioned.

Zur Nahfelddosimetrie bei Brachyterapiequellen wurden auch versuchs weise Fricke- ("The radiation induced magnetic resonance image intensity change provides a more efficient three-dimensional dose, measurement in MRI-Fricke-agarone gel dosimetry", W. C. Chu et. al., Med. Phys. 25 (12) 1998, 2326-2332) und Bang-Gel (US 5 633 584) eingesetzt. Durch die ionisierende Strahlung wird das Fe²⁺ zu Fe³⁺ beim Fricke-Gel reduziert, und beim Bang-Gel werden die Polymerketten aufgebrochen. Diese Veränderungen in den Gels lassen sich im Kernspintomographen als ortsabhängige Signale, wobei diese Signale proportional der eingestrahlten Dosis sind, nachweisen. Bei dieser Verfahrensweise wird der Quellenapplika tor in das Gel eingetaucht, wobei das Gel sich in einem zylindrischen Behälter befindet. Von Nachteil ist jedoch, daß bereits geringste Sauerstoffbeimengun gen zu einer erheblichen Verfälschung der Meßergebnisse durch Oxydation des Fe³⁺ zu Fe²⁺ bzw. zu einer Veränderung der aufgebrochenen Polymerketten führen. Außerdem macht sich, insbesondere beim Fricke-Gel die Diffusion äußerst störend bei der Ortsverteilung der Signale bemerkbar. Für einen Routineeinsatz ist dieses Verfahren deshalb nicht geeignet.For near-field dosimetry in brachytherapy sources, Fricke ("The radiation induced magnetic resonance image intensity change provides a more efficient three-dimensional dose, measurement in MRI-Fricke-agarone gel dosimetry", WC Chu et. Al., Med. Phys 25 (12) 1998, 2326-2332) and Bang-Gel (US 5 633 584). The ionizing radiation reduces the Fe ²⁺ to Fe ³⁺ in the Fricke gel, and the polymer chains in the Bang gel are broken. These changes in the gels can be detected in the magnetic resonance tomograph as location-dependent signals, these signals being proportional to the irradiated dose. In this procedure, the source applicator is immersed in the gel, the gel being in a cylindrical container. It is disadvantageous, however, that even the slightest oxygen addition leads to a considerable falsification of the measurement results by oxidation of the Fe ³⁺ to Fe ²⁺ or to a change in the broken polymer chains. In addition, especially in the case of the Fricke gel, the diffusion has an extremely disturbing effect on the spatial distribution of the signals. This method is therefore not suitable for routine use.

Die bekannten Modellannahmen einer Linien- bzw. einer Punktquelle, wie sie in der herkömmlichen Brachytherapie zur Dosisberechnung gemacht werden, versagen bei den geringen Meßabständen zwischen Strahlenquelle und Detektor, da die Quellenausdehnung z. T. größer als der Meßabstand ist.The well-known model assumptions of a line or a point source, like them in conventional brachytherapy for dose calculation, fail at the short measuring distances between radiation source and Detector, because the source extension z. T. is larger than the measuring distance.

Eine Berechnung der Dosisleistungsverteilung im Nahfeldbereich der β- und γ-Quellen ist deshalb nur mit sehr zeitaufwendigen Monte-Carlo-Rechnungen möglich, wenn die Aktivitätsverteilung in der radioaktiven Quelle vorliegt. Außerdem müssen die Quellen- und Quellenummantelungsgeometrie sowie die Materialzusammensetzung der Quellenummantelung bekannt sein.A calculation of the dose rate distribution in the near field of the β and γ sources is therefore only with very time-consuming Monte Carlo calculations possible if the activity distribution is in the radioactive source. In addition, the source and source shroud geometry as well the material composition of the source casing should be known.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, die Dosis bzw. Dosisleistung sowie deren räumliche Verteilung von Brachytherapiestrahlen quellen, einschließlich radioaktiver Stents und mit radioaktivem Material gefüllter Ballons, im Nahfeldbereich, für welche die einfachen Berechnungen nach den bekannten mathematisch-physikalischen Zusammenhängen versa gen, mit möglichst geringem Aufwand exakt zu bestimmen.The object of the invention is therefore to increase the dose or Dose rate and their spatial distribution of brachytherapy rays sources, including radioactive stents and with radioactive material filled balloons, in the near field, for which the simple calculations according to the known mathematical-physical relationships versa to determine exactly with the least possible effort.

Die Erfindung soll sowohl für direkt als auch für indirekt anzeigende Strahlendetektoren anwendbar sein und ferner bei bekannter Dosis leistungsverteilung der γ-Brachytherapiestrahlenquelle in größerem Meßab stand auch zur exakten Kalibrierung, insbesondere von indirekt anzeigenden Strahlendetektoren dienen können.The invention is intended for both direct and indirect indications Radiation detectors can be used and also at a known dose Power distribution of the γ-brachytherapy radiation source in a larger measure also stood for exact calibration, especially of indirect indications Radiation detectors can serve.

Die Messung soll sowohl für diskrete Punkte (Dosis bzw. Dosisleistung) als auch kontinuierlich im Raum (Verteilung der Dosis bzw. Dosisleistung) in Abhängigkeit der Raumkoordinaten erfolgen können.The measurement should be for both discrete points (dose or dose rate) also continuously in the room (distribution of dose or dose rate) in Depending on the spatial coordinates can be done.

Erfindungsgemäß ist ein Festkörperphantom mit einem zylindrischen Festkörper vorgesehen, dessen Material hinsichtlich Absorptions und Streu eigenschaften vorzugsweise aus einem wasseräquivalenten Material mit der Dichte von ca. 1 g/cm³ besteht und der mindestens eine zu seiner Längs achse parallel und exzentrisch liegende Bohrung aufweist. Die auszumes sende Strahlenquelle bzw. ein Katheter mit der Strahlenquelle wird in die Bohrung eingeführt und befindet sich somit achsenparallel unmittelbar im Randbereich des Festkörpers. In unmittelbarer Nähe des Zylindermantels ist mindestens ein Strahlendetektor angeordnet, wodurch die Dosis bzw. Dosisleistung jeweils an einem oder mehreren diskreten Punkten bzw. kontinuierlich dicht am Zylindermantel gemessen bzw. erfaßt wird. Infolge der zur Zylinderachse exzentrischen Lage der Strahlenquelle im Zylinder ergibt die Messung an mehreren Punkten in der Nähe des Zylinderumfangs eine Verteilung der Dosis bzw. Dosisleistung in Abhängigkeit von Raumkoordinaten, wobei die Messung sowohl mit direkt anzeigenden Strahlendetektoren, wie Plastikszintilatoren, Ionisationskammern und Halbleiterdetektoren, als auch mit indirekt anzeigenden Strahlendetektoren, wie Thermolumineszenzdetektoren, α-Analin oder insbesondere um den Zylindermantel herum angeordnetes photoempfindliches Material (Filme), erfolgen kann. Es ist zweckmäßig, wenn der Zylinder in seinem Randbereich nicht nur eine, sondern mehrere Bohrungen unterschiedlichen Kalibers besitzt, so daß nicht nur Strahlenquellen bzw. Adapter für dieselben mit unterschiedlichen Durchmessern aufgenommen, sondern auch radioaktive Stents bzw. mit radioaktivem Material gefüllte Ballons zur Messung in den Zylinder eingeführt werden können.According to the invention, a solid body phantom is provided with a cylindrical solid body, the material of which with respect to absorption and scattering properties preferably consists of a water-equivalent material with a density of approximately 1 g / cm ³ and which has at least one bore which is parallel and eccentric to its longitudinal axis. The radiation source to be emitted or a catheter with the radiation source is inserted into the bore and is thus located parallel to the axis directly in the edge region of the solid. At least one radiation detector is arranged in the immediate vicinity of the cylinder jacket, as a result of which the dose or dose rate is measured or recorded at one or more discrete points or continuously close to the cylinder jacket. Due to the position of the radiation source in the cylinder, which is eccentric to the cylinder axis, the measurement at several points in the vicinity of the cylinder circumference results in a distribution of the dose or dose rate as a function of spatial coordinates, the measurement being carried out both with directly displaying radiation detectors, such as plastic scintilators, ionization chambers and semiconductor detectors also with indirectly indicating radiation detectors, such as thermoluminescence detectors, α-analine or in particular photosensitive material (films) arranged around the cylinder jacket. It is expedient if the cylinder has not only one but several bores of different calibres in its edge region, so that not only radiation sources or adapters for the same with different diameters are recorded, but also radioactive stents or balloons filled with radioactive material for measurement in the cylinder can be inserted.

In einer bevorzugten konstruktiven Ausführung der Vorrichtung sind die Bohrungen in dem vertikal angeordneten Festkörper nicht durchgehend und werden, sofern sie nicht von einer zu prüfenden Strahlenquelle belegt sind, mit Flüssigkeit, insbesondere Wasser, aufgefüllt, wobei der Festkörper im wesentlichen aus einem hinsichtlich Absorptions- und Streueigenschaften wasseräquivalenten Material gleicher Dichte wie die Flüssigkeit besteht. Auf diese Weise werden Unstetigkeiten in der räumlichen Strahlenausbreitung der Quellen, die ansonsten durch leere Bohrungen verursacht werden würden, weitestgehend vermieden.In a preferred constructive embodiment of the device, the Holes in the vertically arranged solid not continuous and unless they are occupied by a radiation source to be tested, filled with liquid, especially water, the solid in essentially one in terms of absorption and scattering properties water-equivalent material of the same density as the liquid. On this will cause discontinuities in the spatial radiation spread of the Sources that would otherwise be caused by empty holes largely avoided.

Zur Realisierung der für die exakte Strahlendetektion erforderlichen Rück streubedingungen sind die Strahlendetektoren vorzugsweise von einem Streumedium im wesentlichen aus dem gleichen Material wie der zylindrische Festkörper bzw. aus einem Material mit zumindest annähernd gleichen strahlenphysikalischen Eigenschaften umgeben.To implement the return required for exact radiation detection scattering conditions, the radiation detectors are preferably of one Scattering medium essentially of the same material as the cylindrical one Solid or made of a material with at least approximately the same radiation physical properties.

In den übrigen Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgeführt.In the remaining subclaims, further advantageous configurations of the listed device according to the invention.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention will be described below with reference to the drawing Embodiments are explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Prinzipaufbau eines erfindungsgemäßen Festkörperphantoms in schematischer Schnittdarstellung, Fig. 1 is a basic structure of a solid-body phantom according to the invention in a schematic sectional representation,

Fig. 2 schematische räumliche Darstellung des zylindrischen Festkörpers mit einem den Festkörper umgebenden Film und einer Flabumhül lung, Fig. 2 shows a schematic three-dimensional representation of the cylindrical solid body with a solid body surrounding the development film and a Flabumhül,

Fig. 3 Längsschnitt des Adapters zur Aufnahme eines direkt anzeigenden Dosimeters oder eines Katheters mit einer β- bzw. γ-Brachythera piestrahlenquelle, Fig. 3 shows a longitudinal section of the adapter piestrahlenquelle for receiving a direct reading dosimeter or a catheter having a β- or γ-Brachythera,

Fig. 4 Längsschnitt eines Adapters zur Aufnahme von indirekt anzeigen den Strahlendetektoren, wie TLD's bzw. α-Analin,See Fig. 4 a longitudinal section of an adapter for receiving indirectly the radiation detectors, such as TLDs or α-alanine,

Fig. 5 Längsschnitt eines Adapters zur Aufnahme eines Stents bzw. eines mit radioaktiver Flüssigkeit gefüllten Ballons. Fig. 5 longitudinal section of an adapter for receiving a stent or a balloon filled with radioactive liquid.

In Fig. 1 ist ein Festkörperphantom in seinem Prinzipaufbau dargestellt. Das Herzstück der Vorrichtung ist ein zylindrischer Festkörper 1, der exzentrisch und parallel zu seiner Längsachse 2 im Randbereich des Zylinderkörpers Bohrungen 3, 4 unterschiedlichen Kalibers besitzt. In diese können zu ihrer Messung Strahlenquellen, Katheter mit solchen oder auch Adapter für Strahlenquellen (nicht in Fig. 1 gezeigt) aufgenommen werden. Beispiels weise ist die Bohrung 3 insbesondere zur Aufnahme einer β-Brachytherapie strahlenquelle vorgesehen, in die Bohrung 4 mit dem größeren Durchmesser können insbesondere γ-Brachytherapiestrahlenquellen oder Adapter für radioktive Stents bzw. mit radioaktiven Flüssigkeiten gefüllte Ballons eingeführt werden. Außerdem besitzt der Festkörper 1 eine axialsymmetrische Bohrung 5 zur Aufnahme einer ebenfalls nicht dargestellten Referenzstrahlen quelle.In Fig. 1, a solid-state phantom is shown in its basic structure. The heart of the device is a cylindrical solid 1 , which has bores 3 , 4 of different calibres eccentrically and parallel to its longitudinal axis 2 in the edge region of the cylinder body. Radiation sources, catheters with such or adapters for radiation sources (not shown in FIG. 1) can be accommodated in them for their measurement. For example, the bore 3 is provided in particular for receiving a β-brachytherapy radiation source. In particular, γ-brachytherapy radiation sources or adapters for radioactive stents or balloons filled with radioactive liquids can be introduced into the bore 4 with the larger diameter. In addition, the solid body 1 has an axially symmetrical bore 5 for receiving a reference beam source, also not shown.

Angeordnet ist der zylindrische Festkörper 1 auf einer mittels eines Getriebes 6 in vertikaler Richtung über einem Tisch 7 hubbeweglichen Spindel 8. Der Festkörper 1 mit seinem Zylindermantel 9 ist von einem Zylinderring 10 umschlossen, welcher mittels eines in Fig. 1 angedeuteten rotorischen Antriebssystems 11 über dem Tisch 7 kontinuierlich oder in diskreten Schritten um den zylindrischen Festkörper 1 herum bewegt werden kann. Der Zylinderring 10 besteht aus dem gleichen Material wie der Festkörper 1 bzw. aus einem Material mit zumindest annähernd gleichen strahlenphysikalischen Eigenschaften und realisiert die für die exakte Strahlendetektion erforderlichen Rückstreubedingungen. Durch den Mantel des Zylinderrings 10 hindurch sind Bohrungen 12 eingebracht, die zur Aufnahme jeweils eines Adapters 13 bzw. 19 für Strahlendetektoren 14, welche die Strahlung der in den Bohrungen 3, 4 befindlichen Strahlenquellen in unmittelbarer Nähe des Zylindermantels 9 detektieren. Für eine Justierung und zur Ermittlung von Raumkoordinaten können die in den Adaptern 13 aufgenommenen Strahlendetektoren 14 mittels der durch das Getriebe 6 bewegten Spindel 8 sowie mittels des Antriebssystems 11 jeweils in ihrer Relativposition zu den korrespondierenden und in den Bohrungen 3, 4 befindlichen Strahlenquellen je nach Meßaufgabe kontinuierlich oder in diskreten Schritten lageverändert werden.The cylindrical solid body 1 is arranged on a spindle 8 which can be moved vertically above a table 7 by means of a gear 6 . The solid body 1 with its cylinder jacket 9 is enclosed by a cylinder ring 10 which can be moved continuously or in discrete steps around the cylindrical solid body 1 by means of a rotor drive system 11 indicated in FIG. 1 above the table 7 . The cylinder ring 10 consists of the same material as the solid body 1 or of a material with at least approximately the same radiation-physical properties and realizes the backscattering conditions required for exact radiation detection. Holes 12 are made through the jacket of the cylinder ring 10 , each for receiving an adapter 13 or 19 for radiation detectors 14 , which detect the radiation from the radiation sources located in the holes 3 , 4 in the immediate vicinity of the cylinder jacket 9 . For adjustment and determination of spatial coordinates recorded in the adapters 13 radiation detectors 14 can by means of the moving through the transmission 6 spindle 8 and by means of the drive system 11 are in their relative position to the corresponding and in the bores 3, 4 located radiation sources, depending on the measurement task the position can be changed continuously or in discrete steps.

Die Bohrungen 3, 4 und 5 sind im Festkörper 1 nicht durchgehend und werden, sofern sie bei der Messung nicht durch eine Strahlenquelle bzw. durch einen Adapter oder ein Katheter mit Strahlenquelle oder durch eine Sonde belegt sind, mit Wasser aufgefüllt. Der Festkörper 1 besteht vorzugs weise aus einem hinsichtlich Absorptions- und Streueigenschaften wasser äquivalenten Material, das in seiner Dichte zumindest annähernd der Dichte von Wasser (1 g/cm³) entspricht, so daß im wesentlichen die gleichen Absorp tions- und Ausbreitungsbedingungen und keine Inhomogenitäten an leer bleibenden Bohrungen bei der Strahlenausbreitung im Festkörper 1 auftreten, die das Meßergebnis verfälschen könnten. In äquivalenter Weise könnten auch, insbesondere wenn die Bohrungen 3, 4, 5 im Festkörper 1 durchgängig und damit nicht auffüllbar sein sollten, in der Zeichnung aus Übersichtsgrün den nicht dargestellte Kerne in unbenutzte Bohrungen 3, 4, 5 aus dem gleichen Material wie der Festkörper 1 eingeführt werden.The holes 3 , 4 and 5 are not continuous in the solid body 1 and, unless they are occupied during the measurement by a radiation source or by an adapter or a catheter with a radiation source or by a probe, are filled with water. The solid 1 preferably consists of a water-equivalent material with regard to absorption and scattering properties, the density of which corresponds at least approximately to the density of water (1 g / cm ³ ), so that essentially the same absorption and propagation conditions and no inhomogeneities occur at empty holes during the radiation propagation in the solid body 1 , which could falsify the measurement result. In an equivalent manner, especially if the bores 3 , 4 , 5 in the solid 1 should be continuous and therefore not refillable, the cores (not shown) in unused bores 3 , 4 , 5 made of the same material as the solid in the drawing for overview reasons 1 will be introduced.

Fig. 2 zeigt den Festkörper 1 mit der exzentrisch zu seiner Längsachse 2 liegenden Bohrung 3 im Zylinderrandbereich, in welcher sich ein Katheter 15 mit der zu untersuchenden nicht explizit dargestellten Strahlenquelle befindet, sowie mit der axialsymmetrischen Bohrung 5. Ferner sind äquivalent zur Bohrung 3 im Randbereich des Festkörpers 1 zwei weitere exzentrisch zur Längsachse 2 liegende Bohrungen, die Bohrung 4 mit großem Durchmesser und eine weitere Bohrung 16 mittleren Durchmessers, angeordnet, so daß insgesamt Strahlenquellen oder Detektoren unterschiedlichen Kalibers im Festkörper 1 aufgenommen werden können. Um den Zylindermantel 9 des Festkörpers 1, zumindest in einem großen Bereich des Zylinderumfangs, ist ein für die Strahlung der in der Bohrung 3 aufzunehmenden Strahlenquellen fotoempfindlicher Film 17 als Strahlendetektor gelegt, welcher wiederum äußerlich von einem Flab 18 umgeben ist. Der Flab 18 mit einer Dichte von ebenfalls annähernd 1 g/cm³ realisiert die für die zu untersuchende Strahlung erforderliche Rückstreubedingungen zur Strahlendetektion durch den Film 17. In die Bohrung 5 können Adapter zur Aufnahme von γ-Brachytherapie strahlenquellen mit bekannter Dosis- bzw. Dosisleistungsverteilung zur Kalibrierung des Films 17 bei Untersuchung von γ-Brachytherapiestrahlen quellen bzw. von direkt oder indirekt anzeigenden Detektoren zur γ- Untergrunderfassung bei Untersuchung von β-Brachytherapiestrahlenquellen oder als Strahlungsmonitor bei der Untersuchung von γ-Brachytherapie strahlenquellen aufgenommen werden. Nicht benötigte Bohrungen werden wiederum mit Wasser oder mit den vorgenannten Kernen gefüllt. Fig. 2 shows the hard body 1 with the eccentrically disposed with its longitudinal axis 2 in the cylinder bore 3, the edge region in which a catheter 15 is located with the not explicitly shown to be examined-ray source, and with the axially symmetric bore 5. Furthermore, equivalent to the bore 3 in the edge region of the solid 1, two further bores lying eccentrically to the longitudinal axis 2 , the bore 4 with a large diameter and a further bore 16 of medium diameter, are arranged so that radiation sources or detectors of different caliber can be accommodated in the solid 1 . Around the cylinder jacket 9 of the solid 1 , at least in a large area of the cylinder circumference, a film 17 , which is photosensitive to the radiation from the radiation sources to be accommodated in the bore 3 , is placed as a radiation detector, which in turn is externally surrounded by a flab 18 . The flab 18 with a density of also approximately 1 g / cm ³ realizes the backscattering conditions required for the radiation to be examined for the radiation detection by the film 17 . In the bore 5 , adapters for receiving γ-brachytherapy radiation sources with known dose or dose rate distribution for calibration of the film 17 when examining γ-brachytherapy rays or from directly or indirectly indicating detectors for γ-background detection when examining β-brachytherapy radiation sources can swell or radiation sources can be recorded as a radiation monitor when examining γ-brachytherapy. Holes that are not required are in turn filled with water or with the aforementioned cores.

Fig. 3 zeigt schematisch im Längsschnitt den in Fig. 1 dargestellten offenen, Adapter 19 für die Aufnahme des Strahlendetektors 14 in der Bohrung 12 vom Zylinderring 10 oder auch zur Aufnahme beispielsweise des Katheters 15 in den Bohrungen 4, 16 bzw. für die Aufnahme von direkt anzeigenden Detektoren in den Bohrungen 4, 5, 12, 16. Fig. 3 shows schematically in longitudinal section the open adapter 19 shown in Fig. 1 for receiving the radiation detector 14 in the bore 12 from the cylinder ring 10 or also for receiving, for example, the catheter 15 in the bores 4 , 16 or for receiving directly indicating detectors in holes 4 , 5 , 12 , 16 .

Der Außendurchmesser des Adapters 19 ist dabei durch den Durchmesser der Bohrungen 4, 5, 12 bzw. 16 gegeben, der Innendurchmesser wird durch den Außendurchmesser vom Katheter bzw. von den direkt anzeigenden Detekto ren bestimmt.The outer diameter of the adapter 19 is given by the diameter of the bores 4 , 5 , 12 and 16 , the inner diameter is determined by the outer diameter of the catheter or of the directly indicating detectors.

Die Materialdichte des Adapters 19 ist zumindest annähernd gleich dem Material des Festkörpers 1 oder des Zylinderrings 10. Die Länge des Adapters 19 ist den Bohrlochlängen der Bohrungen 4, 5, 12 bzw. 16 angepaßt.The material density of the adapter 19 is at least approximately the same as the material of the solid body 1 or the cylinder ring 10 . The length of the adapter 19 is adapted to the drill hole lengths of the bores 4 , 5 , 12 and 16 , respectively.

Fig. 4 zeigt schematisch im Längsschnitt den Adapter 13 mit einer Ausfräsung 20 zur Aufnahme von indirekt anzeigenden Strahlendetektoren (beispielsweise TLD's). Der Adapter 13 (vgl. Fig. 1) ist für den Einsatz in der Bohrung 12 des Zylinderrings 10 vorgesehen, deren Durchmesser somit den Außendurchmesser des Adapters 13 bestimmt. In die Ausfräsung 20 des Adapters 13, die zum Zylindermantel 9 des Festkörpers 1 zeigt, muß der zu verwendende Strahlendetektor jeweils passend einsetzbar sein. Fig. 4 shows schematically in longitudinal section the adapter 13 with a cutout 20 for receiving indirectly indicating radiation detectors (for example TLDs). The adapter 13 (cf. FIG. 1) is provided for use in the bore 12 of the cylinder ring 10 , the diameter of which thus determines the outer diameter of the adapter 13 . In the cutout 20 of the adapter 13 , which faces the cylinder jacket 9 of the solid body 1 , the radiation detector to be used must be suitable for use in each case.

Fig. 5 zeigt schematisch im Längsschnitt einen geschlossenen Adapter 21 für die Aufnahme eines nicht dargestellten radioaktiven Stents oder eines ebenfalls nicht gezeigten mit radioaktiver Flüssigkeit gefüllten Ballons in der Bohrung 4 oder 16 bzw. zur Aufnahme eines direkt oder indirekt anzeigenden Detektors in den Bohrungen 4, 5, 12 bzw. 16. Die Wand- und Bodenstärken des Adapters 21 sind kleiner oder gleich 0,3 mm. Die Bohrlochlänge und innere Durchmesser der Bohrung des Adapters 21 sind dem radioaktiven Stent bzw. dem mit radioaktiver Flüssigkeit gefülltem Ballon angepaßt. Der äußere Durchmesser des Adapters 21 wird vom Durchmesser der Bohrungen 4, 5, 12, 16 bestimmt. Das Material vom Adapter 21 ist hinsichtlich Absorp tions- und Streueigenschaften wasseräquivalent und entspricht in seiner Dichte ebenfalls zumindest annähernd der Materialdichte vom Festkörper 1. Fig. 5 diagrammatically shows in longitudinal section a closed adapter 21 for receiving a radioactive stent or filled with radioactive liquid balloons also not shown in the bore 4 or 16 or for accommodating a directly or indirectly indicative of the detector in the holes 4, not shown, 5 , 12 or 16 . The wall and floor thicknesses of the adapter 21 are less than or equal to 0.3 mm. The drill hole length and inner diameter of the bore of the adapter 21 are adapted to the radioactive stent or the balloon filled with radioactive liquid. The outer diameter of the adapter 21 is determined by the diameter of the bores 4 , 5 , 12 , 16 . The material of the adapter 21 is water-equivalent with regard to absorption and scattering properties and its density also corresponds at least approximately to the material density of the solid body 1 .

List of the reference symbols used

11

Festkörper
Solid

22nd

Längsachse
Longitudinal axis

33rd

, ,

44th

, ,

55

, ,

1212th

, ,

1616

Bohrung
drilling

66

Getriebe
transmission

77

Tisch
table

88th

Spindel
spindle

99

Zylindermantel
Cylinder jacket

1010th

Zylinderring
Cylinder ring

1111

Antriebssystem
Drive system

1313

, ,

1919th

, ,

2121

Adapter
adapter

1414

Strahlendetektor
Radiation detector

1515

Katheter
catheter

1717th

Film
Movie

1818th

Flab
Flab

2020th

Ausfräsung
Milling

Claims

1. Solid-state phantom for dosimetry of brachytherapy radiation sources in the near field, in particular for vascular brachytherapy with directly and / or indirectly indicating radiation detectors, such as plastic scintillators, ionization chambers, semiconductor detectors, for example thermoluminescence detectors, α-analine and photosensitive materials, in which a cylindrical solid body holds a γ - or β-brachytherapy radiation source and at least one radiation detector are provided, characterized in that the solid body ( 1 ) has at least one bore ( 3 , 4 , 16 ) lying parallel and eccentrically to its longitudinal axis ( 2 ) for receiving the radiation source in the area of the cylinder edge and that the at least one radiation detector ( 14 , 17 ) in the immediate vicinity of the cylinder jacket ( 9 ) of the solid body ( 1 ) is arranged.

2. Solid-state phantom according to claim 1, characterized in that the at least one bore ( 3 , 4 , 16 ) for receiving the γ- or β-brachy therapy radiation source with a wall distance less than 2 mm, before preferably less than 1 mm, to the cylinder jacket ( 9 ) is introduced into the solid ( 1 ).

3. Solid-state phantom according to claim 1, characterized in that the solid body ( 1 ) additionally has an axially symmetrical bore ( 5 ) for receiving a further detector, in particular for measuring the γ background when using β-brachytherapy radiation sources or as a radiation monitor when using γ -Brachytherapy radiation sources or for receiving a calibrated γ-brachytherapy radiation source for the calibration of indirectly indicating radiation detectors.

4. Solid-state phantom according to claim 1, characterized in that the radiation source is in a catheter ( 15 ) and is received with this in the at least one bore ( 3 , 4 , 16 ).

5. Solid state phantom according to claim 1, characterized in that a thin-walled adapter ( 19 , 21 ) is provided, via which the radiation sources, in particular radioactive stents or balloons filled with radioactive liquid, in the at least one bore ( 3 , 4 , 16 ) be included.

6. Solid body phantom according to claim 1, characterized in that the solid body ( 1 ) consists of a material with respect to absorption and scattering properties water-equivalent material with a density of about 1 g / cm ³ .

7. solid body phantom according to claims 1 and 3, characterized in that the at least one eccentrically lying bore ( 3 , 4 , 16 ) and / or the axially symmetrical bore ( 5 ) in the solid body ( 1 ) are not continuous.

8. Solid-state phantom according to claim 1, characterized in that unoccupied bores ( 3 , 4 , 5 , 16 ) of the solid body ( 1 ) with cores in Chen wesentli from the same material as the solid body ( 1 ) are filled.

9. solid body phantom according to claims 1 and 7, characterized in that unoccupied and not through the solid body ( 1 ) through holes ( 3 , 4 , 5 , 16 ) are filled with water.

10. Solid-state phantom according to claim 1, characterized in that a scattering medium ( 10 ) is provided for the purpose of an exact determination of the dose or dose rate at the radiation detector, which is water-equivalent with regard to absorption and scattering properties, the density of which is at least approximately the density of the solid ( 1 ) and its thickness is between 5 and 25 mm.

11. Solid-state phantom according to claim 10, characterized in that the scattering medium consists of a cylinder ( 10 ) surrounding the solid ( 1 ).

12. Solid-state phantom according to claim 10, characterized in that the scattering medium consists of a flab ( 18 ) known per se.

13. Solid state phantom according to claim 11, characterized in that in the cylinder ring ( 10 ) at least one bore ( 12 ) for receiving an adapter ( 13 , 19 ) for the radiation detector ( 14 ), for example a plastic scintillator, is provided.

14. Solid state phantom according to claim 13, characterized in that the solid body ( 1 ) with the in the at least one bore ( 3 , 4 , 16 ) received radiation source relative to the cylinder ring ( 10 ) is arranged translationally and rotatably movable.

15. Solid-state phantom according to claim 1, characterized in that as a radiation detector at least in the area of the at least one bore ( 3 , 4 , 16 ) of the solid body ( 1 ) received radiation source around the cylinder jacket ( 9 ) of the solid body ( 1 ) lying film ( 17 ), for example a Gafchromic film, is provided.