DE19647235A1 - Multi-channel medical dosimeter - Google Patents

Multi-channel medical dosimeter

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/20Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2006Measuring radiation intensity with scintillation detectors using a combination of a scintillator and photodetector which measures the means radiation intensity

Abstract

In a dosimeter employing scintillators as the measuring head, the light from several scintillators is intensified simultaneously by an image intensifier, the scintillators preferably being connected by light guides which feed the light signal to the image intensifier. Preferably, the light signal from the image intensifier is read by a CCD and the CCD video signal is read by an image processing card digitalised by a computer.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of the claim 1.

In der Medizin wird die einem Patienten verabreichte, von einer radioaktiven Quelle oder von einem Synchrotron ausgehende Strahlung mit Dosimetern gemessen. Diese Geräte nutzen unterschiedliche physikalische Effekte, um die in einem Testvolumen absorbierte Dosis in eine direkt meßbare Größe umzuwandeln, so zum Beispiel Ther­ moluminiszens, Ionisation oder Szintillation.In medicine, that given to a patient is from a radioactive source or radiation emitted by a synchrotron is measured with dosimeters. This Devices use different physical effects to create a test volume convert absorbed dose into a directly measurable size, for example Ther moluminiszens, ionization or scintillation.

Die verschiedenen existierenden Dosimeter haben diverse Nachteile. Thermolumi­ niszensdetektoren können erst nach beendeter Messung ausgelesen werden, erlauben es also nicht, als Meß- und Regeleinheit verwandt zu werden. Ionisationsdetekto­ ren müssen mit hohen elektrischen Spannungen betrieben werden. Dies kann zu ei­ ner Gefährdung des Patienten führen und bedingt einen hohen Schutzaufwand. Beide zuvor genannten Methoden verändern durch ihre nicht-körperäquivalenten sensitiven Volumen (Meßköpfe) das zu messende Feld. Zudem ist ihr Meßvolumen - und damit ihre Ortsauflösung - in der Größenordnung von cm3. Eine weitere existierende Meß­ technik beruht auf Meßvolumen, in denen Strahlung beim Durchgang Licht erzeugt (Szintillatoren). Dieses Licht wird von einem Photomultiplier, der direkt oder durch einen Lichtleiter mit dem Szintillator verbunden ist, in einen elektrischen Strom umge­ wandelt. Diese Technik ist durch den Einsatz von Photomultipliern und sehr exakten Amperemeter teuer. Sollen mehrere Dosismessungen parallel ausgeführt werden, so kann ein Vielkanalphotomultiplier benutzt werden. Weiterhin ist jedoch ein Ampereme­ ter pro auszulesendem Kanal notwendig. Außerdem treten in Vielkanalphotomultipli­ ern Übersprecheffekte zwischen benachbarten Kanälen auf.The various existing dosimeters have various disadvantages. Thermoluminescence detectors can only be read out after the measurement has ended, so they do not allow them to be used as measuring and control units. Ionization detectors must be operated with high electrical voltages. This can lead to a risk to the patient and requires a high level of protection. Both of the aforementioned methods change the field to be measured due to their non-body-equivalent sensitive volumes (measuring heads). In addition, their measurement volume - and thus their spatial resolution - is of the order of cm 3 . Another existing measurement technology is based on measurement volumes in which radiation generates light as it passes through (scintillators). This light is converted into an electrical current by a photomultiplier, which is connected to the scintillator directly or through an optical fiber. This technique is expensive due to the use of photomultipliers and very precise ammeters. If several dose measurements are to be carried out in parallel, a multi-channel photomultiplier can be used. However, one ampere per channel to be read is still necessary. In addition, cross-talk effects occur between adjacent channels in multi-channel photomultipliers.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die Mithilfe von Szintilla­ toren parallel, d. h. gleichzeitig, an verschiedenen Stellen Dosen messen kann.The object of the invention is to provide a device using Szintilla parallel goals, d. H. can measure doses at different points at the same time.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a device with the features of claim 1.

Dosimetrie mit Szintillatoren hat den Vorteil, durch die Körperäquivalenz des Absor­ bermaterials für weite Bereiche der medizinisch genutzten Elektronen- und Photonener­ gien die Dosisverteilung bei einer Messung nicht zu verändern. Szintillatoren können in Echtzeit ausgelesen werden und sind damit auch in der Bestrahlungssteuerung ein­ setzbar. Am Meßvolumen, dem Szintillator, liegen keine elektrischen Spannungen an. Es kann daher gefahrlos am (oder sogar im) Patienten eingesetzt werden. Das im Szin­ tillator entstehende Signal kann über Lichtleiter vom Meßvolumen zur Ausleseeinheit transportiert werden. Diese Lichtleiter können problemlos mehrere 10 Meter lang sein. Besteht die Ausleseeinheit aus einem Bildverstärker und einer CCD, so können meh­ rere Kanäle (typischerweise 10-100) parallel ausgelesen werden. Die Meßwerte der einzelnen Kanäle können von einem Computer ausgelesen und direkt weiterverarbeitet werden. Bei dieser Ausleseeinheit sind - aufgrund ihrer Ortsauflösung - die einzelnen Kanäle eines Vielkanal-Dosimeters deutlich voneinander getrennt. Übersprechen zwi­ schen verschiedenen Kanälen findet nur in geringerem Rahmen als z. B. bei Vielkanal-Photo­ multipliern statt. Zudem sind die Ursachen des restlichen Übersprechens bekannt und verstanden. Es kann in Echtzeit in der Computerauslese korrigiert werden. Zudem ist ein solches System einfach und unkompliziert in der Handhabung. Die pro zu mes­ sendem Kanal entstehenden Kosten sind geringer als bei anderen Systemen.Dosimetry with scintillators has the advantage of the body equivalence of the absorber materials for wide areas of medical electron and photon donors did not change the dose distribution during a measurement. Scintillators can can be read out in real time and are therefore also part of the radiation control  settable. There are no electrical voltages at the measuring volume, the scintillator. It can therefore be used safely on (or even in) the patient. That in the Szin The resulting signal can be sent from the measuring volume to the readout unit via fiber optics be transported. These light guides can easily be several 10 meters long. If the read-out unit consists of an image intensifier and a CCD, meh Other channels (typically 10-100) can be read out in parallel. The measured values of the Individual channels can be read out by a computer and processed directly will. With this readout unit - due to their spatial resolution - the individual ones Channels of a multichannel dosimeter clearly separated from each other. Crosstalk between The various channels only take place to a lesser extent than e.g. B. with multi-channel photo multiply instead of. The causes of the remaining crosstalk are also known and understood. It can be corrected in real time in the computer readout. In addition such a system is simple and uncomplicated to use. The pro to mes The costs associated with the channel are lower than with other systems.

BeispielbeschreibungExample description

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 ein Aufbauschema des Vielkanaldosi­ meters, Fig. 2 eine Zeichnung der Maske und Fig. 3 eine Funktionsskizze eines Fa­ sertapers.An embodiment of the invention is shown in the figures and is described in more detail below. It shows Fig. 1 shows a construction scheme of the Vielkanaldosi meters, Fig. 2 is a drawing of the mask and FIG. 3 is a functional diagram of a Fa sertapers.

80 Szintillatoren a werden als Meßvolumen eingesetzt. Das in ihnen erzeugte Licht wird über je eine lichtleitende Faser b zur Ausleseeinheit transportiert. Szintillator und Lichtleiter sind durch eine lichtundurchlässige Ummantelung gegen Umgebungslicht abgeschirmt. Eine Maske c hat eine Bohrung für jeden einkommenden Lichtleiter. Der Lichtleiter wird in der Maske verklebt. Die Maske wird inklusive aller Lichtleiter po­ liert und kann dadurch plan auf einem Bildverstärker d aufliegen. Dieser verstärkt das aus den Fasern stammende Lichtsignal um einen regelbaren Faktor bis zu 10 000. Das Licht des Bildverstärkers wird mit einem Faser-Taper1 e unter Erhaltung der relativen Ortsauflösung auf eine CCD f geleitet. Diese integriert das Lichtsignal über typischer­ weise 20 Millisekunden auf und gibt es als Videosignal aus. Bildverstärker, Fasertaper und CCD sowie ihre Steuer- und Ausleseelektronik befinden sich in einem lichtdicht abgeschlossenen Gehäuse. Ein Teil einer Gehäusewand ist durch die oben erwähnte Maske ersetzt. Eine andere Gehäusewand hat Durchführungen für die Versorgungs- und Steuerspannungen sowie für das Videosignal. Dieses Videosignal wird über ein Koaxi­ alkabel auf einen mit einer Bildverarbeitungskarte ausgestatteten Computer g geleitet. Das Videosignal wird von der Bildverarbeitungskarte in Echtzeit digitalisiert und steht somit im Computer zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung. In dieser Verarbeitung kann das Signal zum Beispiel zur Verbesserung der Meßgenauigkeit über einen länge­ ren Zeitraum (typischerweise einige Minuten) integriert werden, es kann auf eventuell verbleibene Übersprecher zwischen den Kanälen korrigiert werden, es kann gespeichert oder visuell aufgearbeitet werden.80 scintillators a are used as the measuring volume. The light generated in them is transported to the readout unit via a light-guiding fiber b. The scintillator and light guide are shielded from ambient light by an opaque sheathing. A mask c has a hole for each incoming light guide. The light guide is glued in the mask. The mask, including all light guides, is polished and can therefore lie flat on an image intensifier d. This amplifies the light signal originating from the fibers by a controllable factor of up to 10,000. The light from the image intensifier is conducted to a CCD f with a fiber taper 1 e while maintaining the relative spatial resolution. This integrates the light signal over typically 20 milliseconds and outputs it as a video signal. Image intensifiers, fiber tapers and CCDs as well as their control and readout electronics are located in a light-tight sealed housing. Part of a housing wall is replaced by the mask mentioned above. Another housing wall has bushings for the supply and control voltages as well as for the video signal. This video signal is passed via a coaxial cable to a computer equipped with an image processing card. The video signal is digitized in real time by the image processing card and is therefore available in the computer for further processing. In this processing, the signal can, for example, be integrated over a longer period of time (typically a few minutes) to improve the measuring accuracy, it can be corrected for any remaining cross-talkers between the channels, it can be stored or processed visually.

In einer nicht dargestellten Ausführung wird die einstellbare Verstärkung des Bild­ verstärkers automatisch als Funktion des maximalen einfallenden Lichtsignales vom Computer gesteuert.In an embodiment, not shown, the adjustable gain of the picture amplifier automatically as a function of the maximum incident light signal from Computer controlled.

In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung wird die Verstärkung des Bild­ verstärkers überwacht. Dies geschieht, indem ein konstantes Lichtsignal über einen nicht mit einem Szintillator gekoppelten Lichtleiter auf den Bildverstärker gegeben und ausgelesen wird.In a further embodiment, not shown, the image is amplified amplifier monitors. This is done by a constant light signal over a not put a light guide coupled to a scintillator on the image intensifier and is read out.

1Bei einem Faser-Taper handelt es sich um einen konischen Lichtleiter, der aus einer Vielzahl von wenige Mikrometer dünnen lichtleitenden Fasern besteht. Diese Fasern verändern allesamt ihren Durch­ messer. Dadurch wird eine Bildverkleinerung (oder -vergrößerung) unter Beibehaltung aller Proportio­ nen erreicht. 1 A fiber taper is a conical light guide that consists of a large number of light guide fibers that are a few micrometers thin. These fibers all change their diameter. This results in an image reduction (or enlargement) while maintaining all proportions.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Dosimetrie basierend auf Szintillatoren als Meßkopf, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht aus mehreren Szintillatoren gleichzeitig von ei­ nem Bildverstärker verstärkt wird.1. Device for dosimetry based on scintillators as a measuring head, characterized in that the light from several scintillators is amplified simultaneously by an image intensifier. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Bild­ verstarker verstärkte Lichtsignal von einer CCD ausgelesen wird.2. Device according to claim 1, characterized in that the image amplified amplified light signal is read from a CCD. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Videosi­ gnal der CCD von einer Bildverarbeitungskarte digitalisiert von einem Computer ausgelesen wird.3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the Videosi gnal of the CCD from an image processing card digitized by a computer is read out. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Szintillatoren mit Lichtleitern verbunden sind, die das Lichtsignal zum Bildverstärker leiten.4. The device according to claim 1, characterized in that the scintillators are connected to light guides that guide the light signal to the image intensifier. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter in einer Maske fixiert werden und diese relativ zum Bildverstärker positioniert wird.5. Apparatus according to claim 1 and 4, characterized in that the light guide fixed in a mask and positioned relative to the image intensifier becomes. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht­ leiter nach dem fixieren in der Maske zusammen mit dieser poliert werden.6. The device according to claim 1, 4 and 5, characterized in that the light conductors are fixed together with the mask after being fixed in the mask. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bild­ verstärker mit einem Fasertaper optisch an die CCD gekoppelt ist.7. The device according to claim 1 and 2, characterized in that the image amplifier is optically coupled to the CCD with a fiber taper. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein bereits vor­ gefertigtes Bauteil verwendet wird, daß aus dem Bildverstärker, der CCD sowie der Kopplung der beiden Bauteile aneinander besteht.8. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that one already before manufactured component is used that from the image intensifier, the CCD as well the coupling of the two components together. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der CCD-Pixel im Computer zu Meßwerten der Meßköpfe zusammengefaßt wer­ den.9. The device according to claim 1, characterized in that the signals of the CCD pixels in the computer combined to measured values of the measuring heads who the. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bildverstärker der 1. Generation verwendet wird.10. The device according to claim 1, characterized in that an image intensifier the 1st generation is used. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bildverstärker der 2. Generation verwendet wird.11. The device according to claim 1, characterized in that an image intensifier 2nd generation is used. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bildverstärker einer anderen als der 1. oder 2. Generation verwendet wird.12. The apparatus according to claim 1, characterized in that an image intensifier a generation other than the 1st or 2nd generation. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bildverstärker verwendet wird, dessen Phosphorschirm durch eine in den Bildverstärker inte­ grierte Halbleiter-Auslese ersetzt ist. 13. The apparatus according to claim 1, characterized in that an image intensifier is used, the phosphor screen by an inte in the image intensifier grated semiconductor selection is replaced.   14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung des Bildverstärkers regelbar ist.14. The apparatus according to claim 1, characterized in that the amplification of the Image intensifier is adjustable. 15. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung des Bildverstärkers automatisch geregelt wird.15. The apparatus according to claim 1 and 14, characterized in that the Gain of the image intensifier is regulated automatically. 16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersprechen zwischen verschiedenen Kanälen gemessen, gespeichert und korrigiert werden kann.16. The apparatus according to claim 1, characterized in that the crosstalk measured, saved and corrected between different channels can. 17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung des Bildverstärkers durch Messen des Signales einer Lichtquelle bekannter Stärke überwacht wird.17. The apparatus according to claim 1, characterized in that the amplification of the Image intensifier by measuring the signal of a light source of known strength is monitored.
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