Anordnung zum Richten einer ionisierenden Strahlung auf einen Teil eines zu bestrahlenden Objektes Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anord nung zum Richten einer ionisierenden Strahlung auf einen Teil eines zu bestrahlenden Objektes, bei der eine lineare Beschleunigungsvorrichtung für La dungsträger vorgesehen ist.
In der Technik der ionisierenden Strahlungen werden Beschleuniger grosser Dimensionen, wie bei spielsweise Van de Graef-Generatoren, Resonanz transformatoren und lineare Beschleuniger verwen det, um eine Strahlung hoher Energie zu erzeugen. Bei der Verwendung derartiger Maschinen tritt die Forderung auf, die Partikel hoher Energie und die durch Partikel hoher Energie erzeugten Strahlen aus verschiedenen Richtungen auf das zu bestrahlende Objekt zu richten. Die übliche Technik der Maschi nen hoher Energiebestrahlung besteht darin, dass der aus den Partikeln gebildete Strahl das zu bestrahlen de Objekt in der Vorwärtsrichtung trifft.
Diese Ma schinen sind dann sehr lang und können nicht leicht bewegt werden und erfordern daher ein grosses tra gendes Gerüst. Insbesondere erfordern diese Maschi nen beträchtlichen Platz in der Höhe, um eine von oben gerichtete Bestrahlung zu bewirken, und sie er fordern ferner beträchtlich viel Platz nach hinten, damit die Maschine aus der Entfernung in der Hori zontalrichtung eine Bestrahlung vornehmen kann. Eine solche Anordnung gestattet dann nicht in einfa- cher Weise, von der Seite Bestrahlungen in grosse hohle Anordnungen zu richten.
Weiterhin enthält der aus den Partikeln bestehen de Strahl, der die Beschleunigungsvorrichtung ver- lässt, Partikel verschiedener Energien, von denen eine grosse Anzahl in der gleichen Richtung oder auf einen kleinen Fleck gerichtet werden soll.
Bei be stimmten Bestrahlungsmaschinen, beispielsweise wie sie für therapeutische Zwecke verwendet werden, soll eine Änderung der Energie der in Form des Strahles aus der Maschine austretenden Partikel über eine lange Zeitperiode hinweg die endgültige Richtung der ionisierenden Strahlung nicht beeinflussen, damit nicht beträchtlicher Schaden dem Patienten zugeführt wird.
Bei :einer üblichen radiographischen Bestrahlungs lage ist es beispielsweise wichtig, dass. der Fleck der Partikel auf der Anode der Röntgenröhre so klein als möglich ist, damit man ein scharfes Röntgenbild erzielt. Bei einer Bestrahlungsanordnung, welche Röntgenstrahlen für therapeutische Zwecke erzeugt, ist es wesentlich, dass die Röntgenstrahlen sich gleichmässig über die zu bestrahlende Fläche vertei len, da geringe Änderungen der die Anode treffenden Partikel eine gefährliche Vergrösserung der Dosis in einem Teil der bestrahlten Fläche bewirken kann.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine An ordnung; welche die obengenannten Nachteile nicht aufweist. Dieses Ziel wird im wesentlichen dadurch erreicht, dass Mittel zum Ablenken des aus den La dungsträgern bestehenden Strahles um eine praktisch um 90 gegenüber der ursprünglichen Richtung un terschiedliche Richtung vorgesehen sind und die Be schleunigungsvorrichtung bewegbar ausgebildet ist, zum Zwecke, den aus den Ladungsträgern gebildeten Strahl in verschiedene Richtungen in bezug auf das zu bestrahlende Objekt zu bringen.
Beiliegende Zeichnung stellt einige Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes dar. Von den Figuren zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer radio graphischen Bestrahlungsanlage; Fig. 2 eine Darstellung der Anlage entsprechend den Schnittlinien 2-2 der Fig. 1; Fig.3 und Fig.4 weitere Abbildungen der in Fig. 1 dargestellten Anlage, wobei die Anlage so aus gebildet ist, dass Röntgenstrahlen auf verschiedene Stellen der Innenwandung eines Zylinderkörpers ge richtet werden; Fig. 5 eine teilweise gebrochene Darstellung des Bestrahlungskopfes einer radiographischen Bestrah lungsvorrichtung gemäss den Fig. 1 bis 4;
Fig. 6 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäs- sen für therapeutische Zwecke geeigneten Bestrah lungsanlage; Fig. 7 eine Vorderansicht der in Fig. 6 dargestell ten Anlage entsprechend der Linie 7-7; Fig. 8 eine Seitenansicht einer Ablenkvorrichtung für die Partikel, die in dem Apparatekopf einer Be strahlungsanordnung gemäss den Fig. 6 und 7 An wendung finden kann; Fig. 9 eine schematische Darstellung einer erfin- dungsgemässen Ablenkvorrichtung, durch die der aus den Partikeln bestehende Strahl um 90 in bezug auf seine ursprüngliche Richtung abgelenkt werden kann und auf einen kleinen Fleck fokussiert werden kann;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer wei teren Anordnung zum Ablenken des aus den Parti keln bestehenden Strahles um 90 in bezug auf die ursprüngliche Richtung; Fig. 11 einen Längsschnitt des in Fig. 10 gezeig ten aus Partikeln bestehenden Strahles entsprechend der Linie 11-l1, wobei die Betrachtungsrichtung durch die Pfeile wiedergegeben ist und der aus Elek tronen bestehende Strahl eine gerade Linie bildet; Fig.12 eine andere Ausführungsform der in Fig. 10 gezeigten Anordnung; Fig. 13 einen Querschnitt des in Fig. 12 gezeigten Strahles entsprechend der Linie 13-13, wobei der Elektronenstrahl in gerader Linie verlaufend ange nommen ist;
Fig. 14 eine schematische Darstellung einer ande ren Vorrichtung zum Ablenken des aus den Partikeln bestehenden Strahles, wobei auch diese Vorrichtung bei den erfindungsgemässen Bestrahlungsanordnun gen Anwendung finden kann; Fig. 15 einen Längsschnitt des in Fig. 14 gezeig ten aus Partikeln bestehenden Strahles, wobei in Fig. 14 die Schnittlinien und die Richtung durch die Linie 15-l5 und die Pfeile gekennzeichnet sind; Fig. 16 einen Längsschnitt des aus Partikeln und Röntgenstrahlen bestehenden in Fig.14 gezeigten Strahles, entsprechend der Linie l6-16 der Fig. 14.
Die in den Zeichnungen dargestellten und nach stehend erörterten Bestrahlungsvorrichtungen sind im wesentlichen dazu bestimmt, einen aus Elektronen bestehenden Strahl auf eine bestimmte Fläche oder ein zu bestrahlendes Objekt zu richten. Es können aber auch die in den Zeichnungen dargestellten Aus führungsbeispiele in gleicher Weise bei Bestrahlungs geräten verwendet werden, bei denen Objekte mit anderen Partikeln bestrahlt werden, beispielsweise mit Protonen oder Deuteronen. Elektronen und Pro tonen können zum Bombardieren einer Antikathode beschleunigt werden, so dass Neutronen erzeugt wer den. Ferner können die Bestrahlungsgeräte entweder mit pulsierenden oder mit kontinuierlichen Strahlen arbeiten.
Bei den Fig. 1 bis 5 ist ein Bestrahlungskopf 21 drehbar am Ende einer linearen Partikelbeschleuni- gervorrichtung 22 angeordnet. Ein solcher Beschleu niger zum Beschleunigen von Partikeln könnte ein Van de Graaff Generator oder ein mit einem Reso nanztransformator arbeitender Beschleuniger sein.
Der Partikelbeschleuniger 22 ist horizontal angeord net, wobei seine zugehörigen elektronischen Geräte in einem Gehäuse 23 am Ende des vertikal ein schiebbaren und drehbaren Trägers 24 angeordnet sind und das obere Ende des Trägers an einer Lauf katze 25 befestigt ist, welche in der Längsrichtung und in der Querrichtung des Raumes, in welchem der Beschleuniger 22 aufgestellt ist, verschiebbar ist.
Dadurch, dass der Bestrahlungskopf drehbar am Ende der horizontal angeordneten Beschleunigungs vorrichtung vorgesehen ist, kann der Strahl zur Be strahlung im wesentlichen überall hin innerhalb des den Beschleuniger 22 enthaltenden Raumes gerichtet werden. Wenn daher der Bestrahlungskopf 21 ein Röngtenstrahlenbündel erzeugt, wie es für die Zwek- ke der industriellen Radiographie zur Anwendung gelangt, so kann die die Röntgenstrahlen erzeugende Quelle bei dieser Anordnung näher dem Boden, der Decke oder den Wänden des Raumes gebracht wer den.
Es kann ferner, wie die Fig. 3 und 4 zeigen, der Bestrahlungskopf 21 in einen Hohlzylinder einge bracht werden und es kann eine Radiographie von innen her dadurch durchgeführt werden, dass der Be strahlungskopf 21 um die horizontale Achse des Be schleunigers 22 gedreht wird.
In Fig. 5 ist der Kopfteil 21 eines für industrielle radiographische Zwecke geeigneten Gerätes darge stellt, wobei der Kopfteil aus einem ersten und einem zweiten ablenkenden Magneten 26 und 27 besteht, welche dem Zwecke dienen, den Kathodenstrahl 28, der aus dem Beschleuniger 22 austritt, zunächst um einen kleinen Winkel abzulenken und dann den aus den Partikeln bestehenden Strahl zur Achse des Be schleunigers hin abzulenken, so dass er die Beschleu- nigerachse im wesentlichen rechtwinklig schneidet. Die Anordnung, welche in dieser Weise den aus den Partikeln bestehenden Strahl ablenkt und ihn auf einen kleinen Fleck fokussiert, obwohl der Strahl aus Partikeln verschiedener Energien besteht, wird nach stehend im Zusammenhang mit Fig. 9 erörtert.
An der Stelle, an der der aus den abgelenkten Partikeln bestehende Strahl die Achse des Beschleunigers schneidet, ist eine Röntgenstrahlenanode 28' ange ordnet, beispielsweise kann dieselbe aus einem durch einen Motor zum Drehen gebrachten Stab 29 beste hen, so dass infolge derDrehung derRöntgenstrahlen- anode 28' sich eine hohe Lebensdauer der Anord nung ergibt.
Die Röntgenstrahlen, die von der Anode 28' ausgehen, durchsetzen eine Vorrichtung 31, wel che das Strahlenbündel gleichmässiger macht und beispielsweise aus einem Aluminiumkörper besteht, der in der Mitte eine grössere Dicke als an den Rän dern hat und auf diese Weise die Intensitätsverteilung im Querschnitt des Strahelnbündels gleichmässig macht. Das Röntgenstrahlenbündel wird durch einen beispielsweise aus Blei bestehenden Kollimator 32 begrenzt und der übrige Raum um den zweiten Ab lenkmagneten und die Röntgenstrahlenanode 28' herum wird durch eine Bleiabschirmung 33 abge schirmt, so dass weitere Strahlung als durch den Kol limator 32 nicht austreten kann.
In den Fig. 6 bis 8 ist eine den Zwecken der The rapie- dienende Anlage beschrieben. Ein Bestrah lungskopf 41 ist am Ende der horizontalen Beschleu nigeranordnung 43 vorgesehen, wobei die Beschleu nigervorrichtung durch eine kranähnliche Anordnung 43 mit Gegengewicht drehbar um die Horizontalach se 55 angeordnet ist; die Horizontalachse durchsetzt den Punkt 40, der sich an der zu bestrahlenden Stelle des Patienten befindet. Die Röntgenstrahlung wird senkrecht auf den Punkt 40 gerichtet, der, auf der Achse des kranartigen Traggestelles liegt und es kann, ohne dass viel Platz oberhalb der Bestrah lungsstelle erforderlich ist, die Anordnung vollständig um den Punkt 40 rotieren. Eine derartige Anordnung passt in einen Raum von nur 51/2 bis 6 m Höhe.
Der Patient wird auf das Behandlungsbett 44 mit der zu bestrahlenden kranken Stelle im Punkt 40 ge legt. Das Lagerbett ist vertikal verschiebbar an einem Pfosten 44' angeordnet, der im Abstand von der Ver tikalachse- 56 liegt, die den Punkt 40 durchsetzt, so dass der Bestrahlungskopf 41 unterhalb des Punktes 40 vorbeigeführt werden kann. Der Pfosten 44' ist auf einer horizontalen Fussplatte 45 angeordnet, wel che um eine den Punkt 40 durchsetzende Vertikal- achle 56 gedreht werden kann. Auf diese Weise kann die kranähnliche Tragvorrichtung um 360 in einer Vertikalebene rotieren, welche den Punkt 40 durchsetzt und der Patient kann in der Horizontal ebene fast um 360 gedreht werden, so dass praktisch von jeder Richtung her die erkrankte Stelle bestrahlt werden kann.
Es ist offensichtlich, dass anstelle des Lagerbettes 44 auch ein Sessel verwendet werden kann.
Der Bestrahlungsknopf 41 enthält eine Magneten anordnung, die in den Fig. 10 bis 13 dargestellt ist. wobei der die Beschleunigeranordnung 42 verlassen de aus Elektronen bestehende Strahl 46 im wesentli chen um 270 umgelenkt wird und auf die die Anode bzw. Antikathode 47 bildende Fläche gerichtet wird. Die von dieser Fläche ausgehende Röntgenstrahlung wird auf einen kleinen räumlichen Winkel durch die Kollimatoranordnung 48 beschränkt und dann zu sätzlich auf die gewünschte Fleckgrösse durch zwei Paar beweglicher Blendenbacken 49 begrenzt. Es kann auch ein Licht 51 auf die zu bestrahlende Flä che durch einen im Weg der Röntgenstrahlen liegen den Spiegel 52 gerichtet werden. Es folgt dann das Licht 51 dem Strahlengang der Röntgenstrahlen.
Ein Keil 53 kann in den Weg der Röntgenstrahlen ge- bracht werden, wenn der Patient auf der einen Seite liegt, so dass die Intensität der Röntgenstrahlung auf der erkrankten Stelle im wesentlichen gleichmässig ist, obwohl die Röntgenstrahlen zum Teil eine grös- sere Entfernung in dem Gewebe zu durchsetzen haben.
In Fig. 9 ist gezeigt, wie die die Beschleunigeran ordnung verlassenden Ladungsträger, die eine Ener giestreuung von etwa 10 0/o haben, um einen geringen Winkel von der Achse der Beschleunigervorrichtung abgelenkt werden, indem sie die Polstücke eines er sten Ablenkungsmagneten 26 durchsetzen und dann zur Achse der die Partikel beschleunigenden Vor richtung zurückgelenkt werden, nachdem sie die Pol stücke eines zweiten Magneten 27 durchsetzt haben. Auf diese Weise wird der Strahl der Ladungsträger fokussiert, so dass er die Achse der Beschleuniger- vorrichtung unter einem rechten Winkel schneidet und auf einen kleinen Fleck konzentriert ist.
Die Ab lenkung in dem ersten Ablenkungsmagnten 26 be wirkt eine Divergenz der Strahlen verschiedener Energie und bewirkt ferner, dass die Strahlen gleicher Energie horizontal konvergieren. Der zweite Ablen kungsmagnet 27 lenkt die Strahlen in umgekehrter Richtung ab und bewirkt, dass Strahlen verschiede ner Energien in der Horizontalebene auf einen klei nen Fleck zusammengezogen werden.
Die Lage des Energiefokussierungspunktes ist im wesentlichen bestimmt durch den Eintrittswinkel in den zweiten Ablenkmagneten 27. Die Lage des hori zontalen Fokussierungspunktes kann dadurch verän dert werden, dass die Eintrittswinkel oder die Aus trittswinkel oder der Krümmungsradius des ersten Ablenkungsmagneten 26 geändert wird. Durch geeig nete Abstimmung der Parameter aufeinander können die beiden Fokussierungspunkte zum Zusammenfal len gebracht werden.
Die Lage des vertikalen Fokus- sierungspunktes kann dadurch geändert werden, dass das Verhältnis der Spaltradien des zweiten Magneten geändert wird, wodurch die Ablenkung in den ma gnetischen Randfeldern beeinflusst wird.
Indem man in geeigneter Weise den vertikalen Fokussierungs- punkt verschiebt, kann er zum Zusammenfallen mit den beiden anderen Fokussierungspunkten gebracht werden, so dass ein sehr kleiner die Röntgenstrahlung erzeugender Brennfleck entsteht.
Radiographische Anwendungen erfordern sehr kleine Elektronen- brennflecke, damit eine punktförmige Röntgenstrah- lenquelle entsteht und man eine scharfe Abbildung an dem Röntgenfilm um die bestrahlte Stelle herum er hält. Dadurch, dass zwei Ablenkungsmagneten 26 und 27 verwendet werden, ist es möglich, Elektronen von 10 MeV und einer Energiestreuung von 10 0/o, die ursprünglich einen Strahl von 5 mm Durchmesser bildeten, auf 1 mm Durchmesser des Brennfleckes zu konzentrieren.
Dabei liegt der Elektronenbrennfleck auf der Ro tationsachse des Bestrahlungskopfes. Wenn auf diese Weise, wie die Fig. 3 und 4 zeigen, ein Zylinder von der Innenseite her bestrahlt wird, wobei ein Röntgen- film an der Aussenseite des Zylinders vorgesehen ist, so ist die Röntgenstrahlenquelle, welche eine Be strahlung über 360 bewirkt, der Punkt auf der Rota tionsachse des Bestrahlungskopfes.
In den Fig. 10 und 11 sind Vertikal- und Hori zontalschnitte durch den aus den Partikeln bestehen den Strahl gezeigt, wobei der Strahl im wesentlichen um 270 abgelenkt wird, nachdem er die Polstücke des Ablenkungsmagneten 50 durchsetzt hat. Der aus dem Ablenkungsmagneten 50 austretende Strahl ist ein im wesentlichen paralleles Strahlenbündel, wobei der austretende Strahl einen etwas grösseren Quer schnitt als der eintretende Strahl hat.
Die Fokussie- rungseigenschaften in der Vertikalebene können da durch beeinflusst werden, dass der Luftspalt geändert wird und dadurch die Randfelder beeinflusst werden.
Es kann auch wie in den Fig. 12 und 13 gezeigt der Strahl um einen im wesentlichen 270 betragen den Winkel abgelenkt werden und in einiger Entfer nung von dem Magneten ein Brennpunkt erzeugt werden, in dem der Ablenkungsmagnet 50' dem zuvor erörterten Magneten 50 ähnlich ist, jedoch eine in geringem Masse konkave Eintrittspolfläche hat. Mit einer solchen Anordnung wird der Kathoden strahl auf einen kleineren Fleck konzentriert und die von den Elektronen zu treffende Stelle kann, wie ge wünscht, auf der Achse der Beschleunigervorrichtung liegen.
Bei Therapiegeräten, bei denen ein Kathoden strahl auf eine Fläche gerichtet wird, um Röntgen strahlen zur Bestrahlung einer erkrankten Stelle her vorzurufen, ist es besonders wichtig, dass bei gerin gen Schwankungen in der Energie der Strahlung der aus den Ladungsträgern bestehende Strahl senkrecht auf die die Röntgenstrahlen erzeugende Fläche auf tritt, da sonst eine grössere Bestrahlungsdosis auf eine Stelle des Erkrankungsherdes fällt als auf eine andere. Es wird eine Magnetenanordnung verwendet, bei der geringe ,Änderungen der Energie des die Be schleunigervorrichtung verlassenden Strahles keine wesentliche Änderung der Achsrichtung des von der von den Ladungsträgern beaufschlagten Stelle ausge henden Röntgenstrahlenbündels zur Folge hat.
Bei den Magnetenanordnungen gemäss den Fig. 10 bis 13 haben Ladungsträger höherer Energie einen längeren Weg zwischen den ablenkenden Ma gneten 50 und werden daher im wesentlichen um den gleichen Winkel abgelenkt, wie die Ladungsträger geringerer Energie. Auf diese Weise treffen die Strahlen aller Energien die Ausgangsstelle der Rönt genstrahlung im wesentlichen rechtwinklig und es bleibt daher die Achse des Röntgenstrahlenbündels senkrecht auf die Fläche gerichtet und direkt so ge richtet, dass sie auf die zu bestrahlende Stelle des Pa tienten fällt.
Es ist auf diese Weise ausgeschlossen, dass eine Änderung der Energie der Ladungsträger eine grössere Bestrahlungsdosis an irgendeiner Stelle der zu bestrahlenden Fläche bewirkt.
In den Fig. 14 bis 16 ist eine weitere Ausfüh rungsform der Erfindung gezeigt, wobei entweder der aus den Ladungsträgern bestehende Strahl um 90 in bezug auf die Achse der Beschleunigervorrichtung abgelenkt und auf das zu bestrahlende Objekt gerich tet werden kann oder auf eine Fläche gerichtet wer den kann, an der Röntgenstrahlen erzeugt werden, die dann auf das zu bestrahlende Objekt gerichtet werden.
Für direkte Bestrahlung geht der aus den La dungsträgern bestehende Strahl 60, der die Beschleu nigungsvorrichtung verlässt, durch die Polstücke des ablenkenden Magneten 61, welcher die Ladungsträ ger von der Achse der Beschleunigervorrichtung ab lenkt. Die Ladungsträger durchsetzen dann die Pol stücke eines zweiten ablenkenden Magneten 62. Zwi schen den Polstücken 62 des zweiten Ablenkungsma gneten durchsetzen die Ladungsträger höherer Ener gie einen grösseren Weg und werden daher einem stärkeren Magnetfeld unterworfen, so dass sie im we sentlichen um den gleichen Winkel abgelenkt werden, wie die Ladungsträger geringerer Energie. Nach dem Austreten aus den Polstücken 62 des zweiten Ablen kungsmagneten divergiert das Strahlenbündel etwas, so dass eine Bestrahlung eines breiten Objektes statt finden kann.
Fig. 15 zeigt eine Draufsicht auf den aus dem La dungsträger bestehenden Strahl zwischen den Ma gneten 62 und 63.
Wenn Röntgenstrahlen mit der Anordnung ge- mäss Fig. 14 erzeugt werden sollen, wird der Elektro magnet 61 abgeschaltet und die Ladungsträger 60 verlaufen längs der Achse der Beschleunigervorrich- tung bis sie in den Spalt zwischen den Polstücken des zweiten Ablenkungsmagneten 62 eintreten. Wenn die Eintrittsfläche des Magneten 62 senkrecht zu dem Strahl 60 der Ladungsträger ist, so ergeben sich hori zontale Brennpunkte in einer Ebene, die die Erzeu gungsfläche 63 der Röntgenstrahlen enthält. Diese Fläche liegt ungefähr unter 45 sowohl zu der Ein tritts- als auch zu der Austrittsrichtung.
Die aus Par tikeln geringerer Energie bestehenden Strahlen wer den um 90 auf einem kürzeren Radius abgelenkt und die Strahlen, die aus Partikeln höherer Energie bestehen, werden um 90 auf einem grösseren Krüm- mungsradius abgelenkt. Die Strahlen ausserordentlich geringer Energie gehen an der Fläche vorbei und werden in einer abgeschirmten becherförmigen Elek trode gesammelt. Auf diese Weise liegt die Achse des Röntgenstrahlenbündels stets in der gleichen Rich tung, auch wenn die Energie der Anlage schwankt; es erzeugt daher eine Schwankung der Energie der Elektronen keine Asymmetrie in dem Röntgenstrah- lenfeld.
Die Eintrittsfläche des Magneten 62 kann gege benenfalls etwas schräg sein, so dass eine geringe Konvergenz in vertikaler Richtung sich in dem durch die Ladungsträger gebildeten und auf die Erzeu gungsfläche der Röntgenstrahlen fallenden Strahl er gibt, wodurch eine geringe Vergrösserung des Strah les in horizontaler Richtung sich einstellt. Fig. 16 zeigt eine Ansicht des aus den Ladungsträgern beste- henden Strahles, wenn die Polstücke des Magneten 62 etwas abgeschrägt sind, so dass sich eine geringe Konvergenz in vertikaler Richtung ergibt. In diesem Fall divergieren auch die Kathodenstrahlen nach Durchsetzen der Magnetenanordnung 63 nicht so stark.
Arrangement for directing ionizing radiation onto part of an object to be irradiated. The present invention relates to an arrangement for directing ionizing radiation onto part of an object to be irradiated, in which a linear acceleration device is provided for charge carriers.
In the technology of ionizing radiation, accelerators of large dimensions, such as Van de Graef generators, resonance transformers and linear accelerators, are used to generate radiation of high energy. When using such machines, the requirement arises to direct the particles of high energy and the beams generated by particles of high energy from different directions onto the object to be irradiated. The usual technique of machines with high energy irradiation is that the beam formed from the particles hits the object to be irradiated in the forward direction.
These machines are then very long and cannot be moved easily and therefore require a large supporting framework. In particular, these machines require a considerable amount of space in height to effect irradiation from above, and they also require a considerable amount of space to the rear so that the machine can irradiate from a distance in the horizontal direction. Such an arrangement then does not allow in a simple manner to direct irradiations from the side into large, hollow arrangements.
Furthermore, the beam consisting of the particles and exiting the acceleration device contains particles of different energies, a large number of which are to be directed in the same direction or onto a small spot.
In certain irradiation machines, for example as used for therapeutic purposes, a change in the energy of the particles emerging from the machine in the form of the beam over a long period of time should not affect the final direction of the ionizing radiation, so that the patient does not suffer considerable damage becomes.
In the case of: a usual radiographic exposure position, it is important, for example, that the spot of the particles on the anode of the X-ray tube is as small as possible so that a sharp X-ray image is obtained. In an irradiation arrangement that generates x-rays for therapeutic purposes, it is essential that the x-rays are evenly distributed over the area to be irradiated, since small changes in the particles hitting the anode can cause a dangerous increase in the dose in part of the irradiated area.
The aim of the present invention is to provide an arrangement; which does not have the above disadvantages. This goal is essentially achieved in that means are provided for deflecting the beam consisting of the charge carriers in a direction practically 90 opposite the original direction and the acceleration device is designed to be movable for the purpose of the beam formed from the charge carriers to bring in different directions with respect to the object to be irradiated.
The accompanying drawing shows some exemplary embodiments of the subject matter of the invention. The figures show: FIG. 1 a schematic representation of a radio graphic irradiation system; FIG. 2 shows a representation of the system according to the section lines 2-2 of FIG. 1; 3 and 4 show further illustrations of the system shown in FIG. 1, the system being formed in such a way that X-rays are directed to different locations on the inner wall of a cylinder body; 5 is a partially broken representation of the irradiation head of a radiographic irradiation device according to FIGS. 1 to 4;
6 shows a side view of an irradiation system according to the invention suitable for therapeutic purposes; Fig. 7 is a front view of the dargestell th in Fig. 6 system along the line 7-7; 8 is a side view of a deflecting device for the particles that can be used in the apparatus head of a loading radiation arrangement according to FIGS. 6 and 7; 9 shows a schematic representation of a deflection device according to the invention, by means of which the beam consisting of the particles can be deflected by 90 with respect to its original direction and can be focused on a small spot;
Fig. 10 is a schematic representation of a white direct arrangement for deflecting the beam consisting of the particles by 90 with respect to the original direction; 11 shows a longitudinal section of the beam consisting of particles in FIG. 10 along the line 11-11, the viewing direction being represented by the arrows and the beam consisting of electrons forming a straight line; Fig. 12 shows another embodiment of the arrangement shown in Fig. 10; 13 shows a cross section of the beam shown in FIG. 12 along the line 13-13, the electron beam being assumed to be extending in a straight line;
14 shows a schematic representation of another device for deflecting the beam consisting of the particles, it also being possible for this device to be used in the inventive irradiation arrangements; 15 is a longitudinal section of the jet shown in FIG. 14 consisting of particles, the cutting lines and the direction being indicated by the line 15-15 and the arrows in FIG. 14; FIG. 16 shows a longitudinal section of the beam shown in FIG. 14 consisting of particles and X-rays, corresponding to line 16-16 of FIG.
The irradiation devices shown in the drawings and discussed below are essentially designed to direct a beam consisting of electrons onto a specific surface or an object to be irradiated. However, the exemplary embodiments shown in the drawings can also be used in the same way in irradiation devices in which objects are irradiated with other particles, for example with protons or deuterons. Electrons and protons can be accelerated to bombard an anticathode so that neutrons are generated. Furthermore, the irradiation devices can work with either pulsating or continuous beams.
In FIGS. 1 to 5, an irradiation head 21 is rotatably arranged at the end of a linear particle accelerator device 22. Such an accelerator for accelerating particles could be a Van de Graaff generator or an accelerator working with a resonance transformer.
The particle accelerator 22 is horizontally angeord net, its associated electronic devices are arranged in a housing 23 at the end of the vertically sliding and rotatable carrier 24 and the upper end of the carrier is attached to a cat 25, which is in the longitudinal direction and in the Transverse direction of the room in which the accelerator 22 is set up is displaceable.
Because the irradiation head is rotatably provided at the end of the horizontally arranged acceleration device, the beam for irradiation can be directed essentially anywhere within the space containing the accelerator 22. Therefore, if the irradiation head 21 generates an X-ray beam, as is used for the purposes of industrial radiography, the X-ray generating source can be brought closer to the floor, ceiling or walls of the room with this arrangement.
Furthermore, as shown in FIGS. 3 and 4, the irradiation head 21 can be inserted into a hollow cylinder and radiography can be carried out from the inside by rotating the irradiation head 21 about the horizontal axis of the accelerator 22.
In Fig. 5, the head part 21 of a device suitable for industrial radiographic purposes is Darge, wherein the head part consists of a first and a second deflecting magnet 26 and 27, which serve the purpose of the cathode ray 28 emerging from the accelerator 22, first of all to deflect by a small angle and then to deflect the beam consisting of the particles towards the axis of the accelerator so that it intersects the accelerator axis essentially at right angles. The arrangement, which in this way deflects the beam consisting of the particles and focuses it on a small spot, although the beam consists of particles of different energies, is discussed below in connection with FIG.
At the point at which the beam consisting of the deflected particles intersects the axis of the accelerator, an X-ray anode 28 'is arranged, for example it can consist of a rod 29 made to rotate by a motor, so that as a result of the rotation of the X-ray anode 28 'results in a long service life of the arrangement.
The X-rays emanating from the anode 28 'pass through a device 31, which makes the beam more uniform and consists, for example, of an aluminum body which is thicker in the middle than at the edges and in this way the intensity distribution in the cross section makes the beam evenly. The X-ray beam is limited by a collimator 32 made of lead, for example, and the remaining space around the second steering magnet and the X-ray anode 28 'around is shielded by a lead shield 33 so that more radiation than the col limator 32 cannot escape.
In FIGS. 6 to 8, a plant serving the purposes of the therapy is described. A radiation head 41 is provided at the end of the horizontal accelerator arrangement 43, the accelerator device being rotatably arranged around the horizontal axis 55 by a crane-like arrangement 43 with a counterweight; the horizontal axis passes through point 40, which is located at the patient's location to be irradiated. The X-ray radiation is directed perpendicularly to the point 40, which lies on the axis of the crane-like support frame and can rotate the arrangement completely around the point 40 without much space above the irradiation point being required. Such an arrangement fits into a room only 5 1/2 to 6 m high.
The patient is placed on the treatment bed 44 with the diseased area to be irradiated at point 40. The bed is vertically displaceable on a post 44 'which is at a distance from the vertical axis 56 that passes through the point 40, so that the irradiation head 41 can be moved past the point 40. The post 44 'is arranged on a horizontal footplate 45 which can be rotated about a vertical axis 56 passing through the point 40. In this way, the crane-like support device can rotate 360 in a vertical plane which passes through the point 40 and the patient can be rotated almost 360 in the horizontal plane, so that the diseased area can be irradiated from practically every direction.
It is obvious that an armchair can also be used instead of the storage bed 44.
The irradiation button 41 contains a magnet arrangement which is shown in FIGS. the beam 46 consisting of electrons leaving the accelerator assembly 42 is essentially deflected by 270 and directed onto the surface forming the anode or anticathode 47. The X-ray radiation emanating from this surface is restricted to a small spatial angle by the collimator arrangement 48 and then additionally limited to the desired spot size by two pairs of movable diaphragm jaws 49. A light 51 can also be directed onto the surface to be irradiated through a mirror 52 lying in the path of the X-rays. The light 51 then follows the beam path of the X-rays.
A wedge 53 can be placed in the path of the X-rays when the patient is lying on one side, so that the intensity of the X-rays on the diseased area is essentially uniform, although the X-rays sometimes cover a greater distance Tissue to prevail.
9 shows how the charge carriers leaving the accelerator arrangement, which have an energy spread of about 10 0 / o, are deflected by a small angle from the axis of the accelerator device by enforcing the pole pieces of a deflection magnet 26 and most then be directed back to the axis of the particle accelerating device before after they have passed through the pole pieces of a second magnet 27. In this way the beam of charge carriers is focused so that it intersects the axis of the accelerator device at a right angle and is concentrated on a small spot.
The deflection in the first deflection magnet 26 causes the beams of different energies to diverge and also causes the beams of the same energy to converge horizontally. The second deflection magnet 27 deflects the beams in the opposite direction and causes beams of different energies to be drawn together in the horizontal plane onto a small spot.
The position of the energy focus point is essentially determined by the entry angle into the second deflection magnet 27. The position of the horizontal focussing point can be changed by changing the entry angle or the exit angle or the radius of curvature of the first deflection magnet 26. By appropriately coordinating the parameters with one another, the two focus points can be brought to coincide.
The position of the vertical focus point can be changed by changing the ratio of the gap radii of the second magnet, which influences the deflection in the magnetic fringe fields.
By moving the vertical focussing point in a suitable manner, it can be brought to coincide with the other two focussing points, so that a very small focal point which generates the X-ray radiation is created.
Radiographic applications require very small electron focal spots so that a point-like X-ray source is created and a sharp image is obtained on the X-ray film around the irradiated area. By using two deflection magnets 26 and 27, it is possible to concentrate electrons of 10 MeV and an energy spread of 10 0 / o, which originally formed a beam of 5 mm diameter, on 1 mm diameter of the focal spot.
The electron focal point lies on the rotation axis of the irradiation head. If in this way, as shown in FIGS. 3 and 4, a cylinder is irradiated from the inside, with an X-ray film being provided on the outside of the cylinder, then the X-ray source which causes radiation over 360 is the Point on the axis of rotation of the radiation head.
10 and 11 vertical and horizontal sections are shown through the beam consisting of the particles, the beam being deflected substantially by 270 after it has passed through the pole pieces of the deflection magnet 50. The beam emerging from the deflection magnet 50 is a substantially parallel bundle of rays, the emerging beam having a slightly larger cross-section than the entering beam.
The focusing properties in the vertical plane can be influenced by changing the air gap and thereby influencing the edge fields.
Also, as shown in FIGS. 12 and 13, the beam can be deflected by an angle of substantially 270 and a focal point created some distance from the magnet in which deflection magnet 50 'is similar to magnet 50 previously discussed , but has a slightly concave entrance pole face. With such an arrangement, the cathode beam is concentrated on a smaller spot and the point to be hit by the electrons can, as desired, lie on the axis of the accelerator device.
In therapy devices in which a cathode beam is directed onto a surface in order to invoke X-rays to irradiate a diseased area, it is particularly important that, in the case of slight fluctuations in the energy of the radiation, the beam consisting of the charge carriers is perpendicular to the X-ray generating surface occurs, as otherwise a larger radiation dose falls on one place of the disease focus than on another. A magnet arrangement is used in which small changes in the energy of the beam leaving the accelerator device do not result in any significant change in the axial direction of the X-ray beam emanating from the point acted upon by the charge carriers.
In the magnet arrangements according to FIGS. 10 to 13, charge carriers of higher energy have a longer path between the deflecting Ma magnets 50 and are therefore deflected by essentially the same angle as the charge carriers of lower energy. In this way, the rays of all energies hit the starting point of the X-ray radiation essentially at right angles and the axis of the X-ray beam therefore remains directed perpendicular to the surface and directed directly so that it falls on the patient's point to be irradiated.
In this way, it is impossible for a change in the energy of the charge carriers to cause a greater radiation dose at any point on the surface to be irradiated.
14 to 16 another embodiment of the invention is shown, wherein either the beam consisting of the charge carriers can be deflected by 90 with respect to the axis of the accelerator device and directed towards the object to be irradiated or directed towards a surface can be generated on the X-rays, which are then directed onto the object to be irradiated.
For direct irradiation, the beam 60 consisting of the charge carriers and exiting the acceleration device passes through the pole pieces of the deflecting magnet 61, which deflects the charge carriers from the axis of the accelerator device. The charge carriers then pass through the pole pieces of a second deflecting magnet 62. Between the pole pieces 62 of the second deflection magnet, the charge carriers of higher energy penetrate a greater path and are therefore subjected to a stronger magnetic field, so that they are deflected by essentially the same angle like the charge carriers of lower energy. After exiting the pole pieces 62 of the second deflection magnet, the beam diverges somewhat, so that a broad object can be irradiated.
15 shows a plan view of the beam consisting of the charge carrier between the magnets 62 and 63.
If X-rays are to be generated with the arrangement according to FIG. 14, the electromagnet 61 is switched off and the charge carriers 60 run along the axis of the accelerator device until they enter the gap between the pole pieces of the second deflection magnet 62. If the entrance surface of the magnet 62 is perpendicular to the beam 60 of the charge carriers, then there are hori zontal focal points in a plane which contains the generation surface 63 of the X-rays. This area is approximately below 45 to both the entry and exit directions.
The rays, which consist of particles of lower energy, are deflected by 90 on a shorter radius and the rays, which consist of particles of higher energy, are deflected by 90 on a larger radius of curvature. The rays of extremely low energy pass the surface and are collected in a shielded, cup-shaped electrode. In this way, the axis of the X-ray beam is always in the same direction, even if the energy of the system fluctuates; therefore, fluctuation in the energy of the electrons does not produce any asymmetry in the X-ray field.
The entry surface of the magnet 62 can be slightly inclined, if necessary, so that there is a slight convergence in the vertical direction in the beam formed by the charge carriers and falling on the generation surface of the X-rays, which results in a small increase in the beam in the horizontal direction adjusts. 16 shows a view of the beam consisting of the charge carriers when the pole pieces of the magnet 62 are slightly beveled so that there is a slight convergence in the vertical direction. In this case, the cathode rays do not diverge as much after passing through the magnet arrangement 63.