DE102006006567A1

DE102006006567A1 - Detektoranordnung für die Therapie mit einem Ionenstrahl

Info

Publication number: DE102006006567A1
Application number: DE200610006567
Authority: DE
Inventors: Josef Dr. Deuringer; Detlef Dr. Mattern; Peter Dr. Schardt
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2026-02-14
Also published as: DE102006006567B4

Abstract

Eine Detektoranordnung für die Therapie mit einem Ionenstrahl (2) enthält einen Detektor (10), der eine in einem Gehäuse (16) befindliche Detektorkammer (27) aufweist, das mit einer Leiterplatte (26) versehen ist. Die Leiterplatte (26) weist einen außerhalb der Detektorkammer (27) befindlichen Bereich auf, der mit Baugruppen (28) zum Verarbeiten der vom Detektor (10) bereitgestellten Messsignale und zum Übertragen der verarbeiteten Messsignale (M) an eine externe Steuer- und Auswerteeinrichtung (44) bestückt ist. Durch diese Maßnahme wird ein kompakter und bedienerfreundlicher Aufbau der Detektoranordnung erreicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Detektoranordnung für die Therapie mit einem Ionenstrahl.
Bei der Therapie mit einem Ionenstrahl-Protonen oder ionisierte Atome mit höherer Massenzahl, beispielsweise Kohlenstoffionen – werden diese in Form eines scharf gebündelten Strahls gezielt in einen zu behandelnden Tumor geschossen. Die Therapie mit einem solchen hochenergetischen Ionenstrahl weist gegenüber der konventionellen Strahlentherapie mit Röntgen- oder Gammastrahlen eine Reihe von Vorteilen auf. Einer dieser Vorteile ist die Möglichkeit, einen scharf gebündelten Ionenstrahl verwenden zu können, der durch magnetische Ablenkfelder exakt auf den Tumor ausgerichtet werden kann. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die von den Ionen an das Gewebe abgegebene Energie und damit die lokale Dosisleistung mit wachsender Eindringtiefe zunimmt und nach einem Maximum steil abfällt, so dass über die Energie der Ionen der Ort eingestellt werden kann, an dem die Ionen in Strahlrichtung die maximale Dosis im Gewebe verursachen.

Eine solche mit Ionenstrahlen arbeitende Therapieeinrichtung ist in 4 veranschaulicht. Ionen werden in einem in der Figur nicht dargestellten Teilchenbeschleuniger auf eine vorgebbare kinetische Energie beschleunigt und zu einem Ionenstrahl 2 gebündelt. Der Ionenstrahl 2 passiert eine Magnetanordnung 4, in der er lateral, d.h. senkrecht zur Strahlrichtung abgelenkt wird, so dass er gezielt auf einen Tumor 6 eines Patienten 8 ausgerichtet werden kann. Auf seinem Weg zum. Patienten 8 durchquert der Ionenstrahl 2 ein Detektorsystem, das aus einer Mehrzahl von hintereinander angeordneten Detektoren 10 aufgebaut ist. Bei diesen Detektoren 10 handelt es sich um Ionisationskammern und ortsauflösende Proportionalzählrohre. Während die Ionisationskammern zur Bestimmung der Teilchenstrahldichte und damit der Dosisleistung des Ionenstrahls 2 dienen, sind die Proportionalzählrohre zur Messung der Lage, Richtung und lateralen Ausdehnung des Ionenstrahls 2 vorgesehen. Die Detektoren 10 umfassen hierzu ein gasdichtes Gehäuse, in dem je nach Art des Detektors 10 eine oder eine Vielzahl von Zählelektroden oder Zähldrähten angeordnet sind. Ein ortsauflösendes Proportionalzählrohr enthält etwa 200 Elektroden, um eine Lokalisation des Ionenstrahls 2 in lateraler Richtung mit hinreichender Genauigkeit ermöglichen zu können. Zum Auswerten der von einem solchen ortsauflösenden Proportionalzählrohr bereitgestellten Messsignale werden dann die gleiche Anzahl von Signalleitungen benötigt, mit denen die Messsignale zur Weiterverarbeitung an weitere Elektronikeinheiten, beispielsweise analoge Signalverstärker, Analog-Digital-Wandler und Prozessoren weitergeleitet werden. Ein solcher Aufbau ist auf Grund der Vielzahl von Steckverbindungen technisch aufwendig und fehleranfällig.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Detektoranordnung für die Therapie mit einem Ionenstrahl anzugeben, mit der die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden sind.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einer Detektoranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen enthält die Detektoranordnung einen Detektor, der eine in einem Gehäuse befindliche Detektorkammer aufweist, das mit einer Leiterplatte versehen ist, die einen außerhalb der Detektorkammer befindlichen Bereich aufweist, der mit Baugruppen zum Verarbeiten der vom Detektor bereitgestellten Messsignale und zum Übertragen der verarbeiteten Messsignale an eine externe Steuer- und Auswerteeinrichtung bestückt ist.

Durch diese Maßnahme kann die Anzahl der erforderlichen Signalleitungen zwischen Detektor und einer externen Steuer- und Auswerteeinrichtungen insbesondere für den Fall, dass es sich bei dem Detektor um ein ortsauflösendes Proportionalzählrohr handelt, erheblich verringert werden. Darüber hinaus ist es durch eine am Ort des Detektors stattfindende Verarbeitung möglich, Messsignale in digitalisierter und daher störungssicherer Weise über standardisierte Schnittstellen zu übertragen. Durch die Integration von Detektor und Elektronik, d. h. der zur Verarbeitung der Messsignale erforderlichen Firm- und Software, ist es möglich ein kompaktes Gerät zu bilden, das über standardisierte Schnittstellen mit der externen Steuer- und Auswerteeinrichtung kommuniziert. Durch den integrierten Aufbau der Detektoranordnung und die standardisierten Schnittstellen nach außen ist im Falle eines in der Detektoranordnung auftretenden Fehlers deren kompletter Austausch schnell und problemlos möglich und die Gefahr eines Bedienfehlers beim Austausch ist auf ein Minimum reduziert.

Wenn die verarbeiteten Messsignale über eine optische Schnittstelle an die externe Steuer- und Auswerteeinrichtung übertragen werden, ist eine besonders hohe Übertragungssicherheit sichergestellt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Detektoranordnung eine Schnittstelle zum Übertragen von elektrischen Kontroll- und Steuersignalen zwischen dem Detektor und der Steuer- und Auswerteeinrichtung. Dies ermöglicht die Steuerung der Detektoranordnung mit einem standardisierten elektrischen Bussystem.

Wenn auf der Leiterplatte außerdem eine Baugruppe zur Fehleranalyse und zum Erzeugen eines das Auftreten eines Fehlers anzeigenden Statussignals integriert ist, können fehlerhaft arbeitende Detektoranordnungen schnell erkannt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Leiterplatte in die Detektorkammer und führt die zum Betrieb des Detektors erforderlichen elektrischen Anschlussleitungen in die Detektorkammer. Durch diese Maßnahme wird insbesondere für den Fall, dass es sich bei dem Detektor um ein ortsauflösendes Proportionalzählrohr handelt, der mechanische Aufbau durch den Wegfall der andernfalls notwendigen hohen Anzahl von elektrischen Durchführungen erheblich vereinfacht.

Wenn das Gehäuse des Detektors einen flachen Rahmen umfasst und wobei die Leiterplatte auf einer Flachseite des Rahmens angeordnet und zugleich eine mit einem für den Ionenstrahl durchlässigen Fenster versehene Deckplatte des Gehäuses ist, wird ein besonders kompakter Aufbau erzielt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
1 einen Detektor gemäß der Erfindung in einer schematischen perspektivischen Darstellung,
2 eine perspektivische Darstellung eines aus Leiterplatte und Rahmen bestehenden Teils des Gehäuses des erfindungsgemäßen Detektors,
3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Detektors, in der die wesentlichen funktionellen Einheiten veranschaulicht sind,
4 den prinzipiellen Aufbau einer Einrichtung für die Therapie mit einem Ionenstrahl, wie sie im Stand der Technik bekannt ist.
Gemäß 1 umfasst die Detektoranordnung einen Detektor 10, bei dem es sich um eine Ionisationskammer oder ein Proportionalzählrohr handeln kann, dessen Gehäuse 16 aus einem flachen Rahmen 18 aus Aluminium aufgebaut ist, der an einer seiner Flachseiten mit einer Deckplatte 20 versehen ist. Die Deckplatte 20 besteht aus einem Halterahmen 22, und einem für den Ionenstrahl durchlässigen Fenster 24, das im Beispiel aus einer mit Aluminium bedampften Kaptonfolie besteht.
Auf der der Deckplatte 20 gegenüberliegenden Flachseite des Rahmens 18 ist eine Leiterplatte 26 angeordnet, die zugleich als Deckplatte für eine vom Gehäuse 16 eingeschlossene Detektorkammer 27 dient. Die Leiterplatte 26 steht an mehreren Seiten des Rahmens 18 über den äußeren Rand des Gehäuses 16 vor und ist auf dies Weise von außerhalb des Gehäuses 16 zugänglich. In diesem von außerhalb des Gehäuses 16 zugänglichen Bereich ist die Leiterplatte 26 mit einer Vielzahl von Modulen oder Baugruppen 28 bestückt, die dem jeweiligen Verwendungszweck des Detektors 10 – Ionisationskammer oder ortsauflösendes Proportionalzählrohr – angepasst sind.
Die das sensitive Volumen des Detektors 10 bildende Detektorkammer 27 wird von einem Zählgas G durchströmt, das über Anschlussstutzen 30 in die Detektorkammer 27 ein- bzw. aus der Detektorkammer 27 ausgeleitet wird.
Die Baugruppen 28 können auf die Leiterplatte 26 aufgesteckt werden und bilden ein modulares System. Bei diesen Baugruppen 28 handelt es sich vorzugsweise um austauschbare Standard-Baugruppen oder Standard-Funktionsgruppen, wie sie im industriellen Einsatz üblich sind.
In der Darstellung gemäß 2, die nur den mit der Leiterplatte 26 versehenen Rahmen 18 zeigt, ist zu erkennen, dass sich die Leiterplatte 26 in das Innere des Rahmens 18 und damit in das Innere der vom Rahmen 18 umgebenen Detektorkammer 27 erstreckt, so dass die Versorgung der in der Detektorkammer 27 angeordneten Elektroden mit Hochspannung unmittelbar über in der Leiterplatte 26 angeordnete Leiterbahnen erfolgen kann, so dass aufwendige, am Rahmen 18 angeordnete elektrische Durchführungen, die insbesondere bei den ortsauflösenden Proportionalzählrohren in einer hohen Anzahl notwendig wären, entfallen.
Der auch bezüglich der Elektronikkomponenten modulare Aufbau der erfindungemäßen Detektoranordnung ist anhand von 3 für eine Detektoranordnung mit einem ortsauflösenden Proportionalzählrohr als Detektor 10 veranschaulicht. In der Detektorkammer 27 sind eine Vielzahl von Elektroden 32 in Form von dünnen Drähten angeordnet, die über ein auf der Leiterplatte 26 außerhalb der Detektorkammer 27 befindliches Hochspannungsmodul 34 mit Hochspannung versorgt werden. Die entsprechenden Anschlussleitungen werden mit Hilfe der sich in das Innere der Detektorkammer 27 erstreckenden Leiterplatte 26 (in der Figur gestrichelt angedeutet) in die Detektorkammer 27 geführt und dort an die Elektroden 32 angeschlossen. Die Elektroden 32 sind an eine Vorverstärkerbaugruppe 36 angeschlossen, in der die durch den Ionenstrahl ausgelösten Spannungssignale verstärkt werden. Die verstärkten Spannungssignale werden einem Analog-Digital-Wandler 38 zugeführt, der an ein FPGA (Field Programmable Gate Array) 40 angeschlossen ist, das zur schnellen Berechnung der Strahlposition und der Strahlintensität dient. Die auf diese Weise erzeugten Messdaten M, d.h. die nach Verarbeitung in digitaler Form vorliegenden Messsignale werden über eine optische Schnittstelle 42 an eine zentrale Steuer- und Auswerteeinrichtung 44 weitergeleitet.
Auf der Leiterplatte 26 befindet sich außerdem ein Mikrocontroller 46, sowie eine Schnittstelle 48, beispielsweise ein CAN-Bus (Controller Area Network), zum Übertragen von elektrischen Kontroll- und Steuersignalen C zwischen der Detektoranordnung und der Steuer- und Auswerteeinrichtung 44.
In der Detektorkammer 27 befindet sich außerdem ein Sensor 50 zur Messung des Gasdurchflusses. Mit Hilfe der dem Mikrocontroller 46 zugeführten Messdaten erfolgt außerdem eine Überwachung der Detektoranordnung auf etwaig auftretende Fehler und es wird ein Sperr- oder Statussignal S generiert, das über eine optische Alarmschnittstelle 52 ebenfalls an die zentrale Steuer- und Auswerteeinrichtung 44 übermittelt wird. In die sem Ausführungsbeispiel übernimmt der Mikrocontroller 46 die Funktion einer auf der Leiterplatte 26 integrierten Baugruppe zur Fehleranalyse.

Claims

Detektoranordnung für die Therapie mit einem Ionenstrahl (2), mit einem Detektor (10), der eine in einem Gehäuse (16) befindliche Detektorkammer (27) aufweist, das mit einer Leiterplatte (26) versehen ist, die einen außerhalb der Detektorkammer (27) befindlichen Bereich aufweist, der mit Baugruppen (28) zum Verarbeiten der vom Detektor (10) bereitgestellten Messsignale und zum Übertragen der verarbeiteten Messsignale (M) an eine externe Steuer- und Auswerteeinrichtung (44) bestückt ist.
Detektoranordnung nach Anspruch 1, mit einer optischen Schnittstelle (42) zum Übertragen der verarbeiteten Messsignale (M) an die externe Steuer- und Auswerteeinrichtung (44).
Detektoranordnung nach Anspruch 2, mit einer Schnittstelle (48) zum Übertragen von elektrischen Kontroll- und Steuersignalen (C) zwischen dem Detektor (10) und der Steuer- und Auswerteeinrichtung (44).
Detektoranordnung nach Anspruch 3, mit einer auf der Leiterplatte (26) integrierten Baugruppe zur Fehleranalyse und zum Erzeugen eines das Auftreten eines Fehlers anzeigenden Statussignals (S).
Detektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich die Leiterplatte (26) in die Detektorkammer (27) erstreckt und die zum Betrieb des Detektors (10) erforderlichen elektrischen Anschlussleitungen in die Detektorkammer (27) führt.
Detektoranordnung nach Anspruch 5, bei der das Gehäuse (16) einen flachen Rahmen (18) umfasst, wobei die Leiterplatte (26) auf einer Flachseite des Rahmens (18) angeordnet und zugleich eine mit einem für den Ionenstrahl (2) durchlässigen Fenster versehene Deckplatte des Gehäuses (16) ist.