AT393171B - Optoelektronische messvorrichtung zur punktfoermigen erfassung von dosis, dosisleistung und dosisverteilungen - Google Patents

Description

AT 393 171B

Zur medizintechnischen Anwendung der Meßvorrichtung in klinischen Bereichen, wie bei Strahlenbehandlung tumorerkrankter Patienten, besteht die ärztliche Forderung nach Verifikation einer applizierten Ortsdosis, b. z. w. Dosisleistung und Strahlungsenergie im Köiperinneren. Eine grobe angenäherte Kontrolle jener Dosisleistung, welche von einer Strahlungsquelle im Gewebeinneren b. z. w. in Körperhöhlen erzeugt wird, ist derzeit mit 5 miniaturisierten Ionisationsmeßkammem mit flexiblen elektrischen Zuleitungskabeln nur beschränkt möglich. Die Strahlungsenergie kann mit diesen nicht unmittelbar festgestellt werden. Diese Meßkammern arbeiten mit Hochspannung und können durch starke Hochfrequenzfelder, die z. B. bei Linearbeschleunigeranlagen auftreten, beeinflußt werden. Für niedere Photonenenergien (10 kV 100 kV Röntgenstrahlung) gibt es lediglich großflächige "Weichstrahlkammem", die jedoch nicht für Köiperhöhlenmessungen herangezogen werden können, 10 da sie mit mechanisch sehr empfindlichen Kunststoffolien ausgestattet sind.

Die zum Stand der Technik gehörenden Meßvorrichtungen gliedern sich in zwei Typen: a) Das Ionisationsereignis wird durch einen Halbleitermeßkopf in eine Leitfähigkeitsmessung umgesetzt, bei der der Meßkopf im Bestrahlungsfeld liegt. Eine galvanische Kopplung von Meßort zur Auswerteelektronik liegt vor. Die Sonden sind entweder durch kurze, starre Nadeln oder Stäbe bzw. Drähte mit der Elektronik verbunden. 15 (CH-PS 327906) oder (FR-PS 2155773). b) Das Ionisationsereignis wird durch einen großen Szintillatorkristall in eine Lichtquantenemissionskaskade umgesetzt, die durch einen starren Lichtleiter weitergeleitet wird (DE-AS 1044292), an dessen zweitem Ende ein Photomultiplier zur Lichtmessung angekoppelt ist

Diese Meßvorrichtungen haben folgende Nachteile:

Bei den Vorrichtungen der ersten Gruppe ermöglicht die galvanische Kopplung zum Meßort kapazitive und 20 induktive Beeinflussungen durch elektromagnetische Felder z. B. Hochfrequenzfelder bei Beschleunigeranlagen, Magnetfelder bei Röntgenanlagen, Halbleitermeßköpfe für Messungen in kleinen Volumina mit Temperaturkompensation der Meßspannung, benötigen eine großes Volumen zur Abschirmung des Referenzhalbleiters, da sonst die ionisierende Strahlung sowohl auf Meß- als auch auf den Referenzhalbleiter gemeinsam einwirkt 25 Bei den Vorrichtungen der zweiten Gruppe werden starre Lichtleiter verwendet, welche die Anwendung behindern und auch größere Durchmesser aufweisen. Weiters sind teure Photomultipliergeräte und große Szintillatorkristalle als Sensorkopf Bestandteile des Auswertegerätes.

Gegenüber diesen bekannten Meßvorrichtungen hat die erfindungsgemäße Meßvorrichtung folgende Vorteile:

Die flexible, rein optische, nicht galvanische Verbindung zwischen Meßwertaufnehmer (Sensorkristall) und 30 Meßwertwandler (Umformer) sowie die damit erreichte Potentialtrennung ergibt Vorteile für die medizinische Applikation. Hiebei ermöglicht die Verbindung der Bestandteile Mmiatnrszintillationskristall, sehr dünne Multimode-mono-lichtleitfaser, temperaturkompensierte Photohalbleiterstufe eine flexible, potentialfreie Führung der Meßsonde in Körperhohlräumen. Weiters werden Beeinflussungen durch elektrische und magnetische Felder vermieden. Darüber hinausgehend ist der Sensor überempfindlich gegen mechanische Schwingungen 35 welche besonders bei mit dünnen Eintrittsfolien ausgestatteten Ionisationsmeßkammem für niedrige Photoenenergien (keV-Bereich Meßfelder erzeugen. Außerdem sind die Herstellungs- und Wartungskosten niedrig, da keine Photomultiplierelektronik verwendet wird. Durch spezielle Beschaltung des Meßverstärkers mit Temperaturkompensation (spezielle Anordnung/Auswahl der Wellenlängenabhängigkeit der einzelnen Übertragungskomponenten) ist eine hohe Verstärkung des Photostromes möglich. Ein weiterer Vorteil liegt in 40 der Universalität der Anwendung, durch die Austauschbarkeit der Sensorköpfe bei unveränderter Elektronik (z. B. wird für die Bestimmung der Lichtbestrahlungsdosis in Gewebe bei Lasertherapie statt des Szintillatonnaterials ein isotroper Streukörper verwendet, der mit der Lichtleitfaser durch eine Nadel oder Kanüle in das zu untersuchende Gewebeareal bzw. Blutgefäß geschoben wird).

Die Richtungsempfindlichkeit des Szintillatormeßkopfes gegenüber ionisierender Strahlung hat nahezu 45 Kugelcharakteristik. Dies ist speziell für die isotrope Erfassung von ionisierender Streustrahlung in Gewebe und auch in beliebigen Materialien von Bedeutung und wird dadurch erreicht, daß die örtliche Auflösung des Meßsignals gegenüber äquivalent empfindlichen herkömmlichen Ionisationsdosismeßkammem wesentlich verfeinert ist

Die Meßvorrichtung (Fig. 1) kann die beschriebenen Nachteile der Ionisationsmeßkammem sowie der 50 Halbleiterdetektoren umgehen und hat darüber hinaus zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten, wie z. B. Messungen der in Gewebe eingestrahlten Lichtenergie und Lichtmenge bei Photodynamischer Therapie, Lasertherapie oder bei kardiologischen Untersuchungen in erkrankten Gefäßen. Ebenso besteht Bedeutung für die Qualitätssicherung des Betriebes radiologischer Großgeräte b. z. w. Laseranlagen. 55 -2- 60

Claims (3)

1. AT 393 171 B PATENTANSPRÜCHE 1. Meßvorrichtung vorzugsweise für medizinische Anwendungen, bestehend aus einem Szintillationsmeßkopf oder isotropem Streukörper, Lichtleitfaser, Optohalbleiterdetektor und elektronischer Meßverstärkerschaltung und Registriereinrichtungen sowie Positionssteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß der Szintillatorkopf (1) besonderer Kleinheit (0,1 mnr* bis 1 mm^) an eine Multimode-monofaser gekoppelt ist, die ihrerseits mit einem hochempfindlichen Fotodarlingtontransistor (Halbleiterdetektor (6)) in Verbindung steht und die spezielle Weiterverarbeitung des analogen Meßsignals über eine temperaturkompensierte Differenzstufe mit einem Operationsverstärker (7), dessen Eingangsfehlstrom im Vergleich zum Meßstrom außerordentlich gering ist erfolgt und die Verbindungszone zwischen dem polierten Ende der Lichtleitfaser und dem Szintillatorkopf mit einer Reflektorschicht (8) und einer lichtdichten Ummantelung (9) versehen ist.
2. 2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Energieanalyse ein optisches Filter in den Strahlengang der Lichtleitfaser zwischengeschaltet ist, ohne am Ort des Meßwandlers auf die zu messende ionisierende Strahlung Einfluß nehmen zu müssen.
3. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (2) mit einem isotropen Streukörper (1) versehen ist, der in einer speziellen Hohlnadel mit Lanzettanschliff eingebaut ist, wobei der Meßkopf für Messungen im biologischen Gewebe (z. B. für Lasertherapie) aus der in das Gewebe eingestochenen Hohlnadel oder einem Katheterschlauch durch einen Motorvortrieb ausfahrbar ist, den Streukörper (1) in nicht traumatisierte Gewebeareale vorschieben zu können. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -3-