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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Positionierung einer
Blende einer Bestrahlungseinheit, insbesondere zur Positionierung
einer Lamelle eines Multi-Leaf-Collimators.
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In
der Strahlentherapie werden unter anderem Photonenquellen oder Teilchenbeschleuniger zur
Behandlung von Tumorerkrankungen eingesetzt. Um dabei die von diesen
Geräten
emittierte elektromagnetische Strahlung bzw. Teilchenstrahlung nur auf
das krankhafte Gewebe im Körper
zu konzentrieren, wird häufig
ein Blendensystem eingesetzt, das aus einer Vielzahl von einzelnen
Lamellen aufgebaut ist. Die einzelnen Lamellen eines solchen sogenannten
Multi-Leaf-Collimators (MLC) werden so positioniert, dass sie den
nicht zu bestrahlenden Bereich abschirmen. Zur Abschirmung der Strahlung
bestehen die einzelnen Lamellen aus einem hochdichten Material,
wie beispielsweise Wolfram, und weisen daher eine hohe Masse auf.
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Üblicherweise
erfolgt die Positionierung dieser Lamellen durch einen Antrieb,
welcher in der Nähe
des Strahlungskopfes angebracht ist, insbesondere durch einen Schrittmotor
oder einen Zahnstangenantrieb.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben,
die zur möglichst schnellen
und präzisen
Positionierung einer Blende einer Bestrahlungseinheit besonders
geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Danach umfasst die Vorrichtung eine
Antriebseinheit, die zur Verstellung der Blende mit dieser über eine
mit Hydraulikflüssigkeit
gefüllte
Hydraulikstrecke gekoppelt ist.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung
aus, dass zu einer schnellen Positionierung einer schweren Masse,
wie sie bei einer Blende bzw. Lamelle eines Multi-Leaf-Collimators
vorliegt, eine hohe Antriebskraft und damit ein vergleichsweise
großer
Antrieb erforderlich ist. Der Bauraum im Bereich des Strahlungskopfes
einer Bestrahlungseinheit, d. h. in unmittelbarer Nähe der zu
positionierenden Lamellen, ist jedoch begrenzt, sodass hinreichend
dimensionierte Antriebe kaum im Strahlungskopf der Bestrahlungseinheit
Platz finden würden.
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Diesen
Zwiespalt löst
die Erfindung, indem sie den Antrieb nicht wie üblich im Strahlungskopf, sondern
räumlich
getrennt, an einer vergleichsweise weit entfernten Stelle vorsieht.
So kann ein vergleichsweise groß gebauter,
leistungsstarker Antrieb zur Positionierung der Blende eingesetzt
werden. Die Kraftübertragung
von dem Antrieb zur Blende erfolgt über die Hydraulikstrecke.
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Vorteilhafterweise
ist dann der Antrieb auch nicht der hohen Strahlenbelastung im Bereich
des Strahlungskopfes ausgesetzt, sodass insbesondere Kunststoffteile
des Antriebs vergleichsweise weniger altern.
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Da
Hydraulikflüssigkeiten
nahezu inkompressibel sind, ist über
die Hydraulikstrecke eine sehr direkte Ansteuerung der Lamellen
möglich.
Ein Spiel und damit ein Nachschwingen, welches die Einstellzeit
verlängern
würde,
tritt nicht auf. Daher zeichnet sich eine hydraulische Kraftübertragung
durch eine besonders hohe Präzision
aus.
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Zusätzlich eröffnet der
Einsatz der Hydraulikstrecke in vorteilhafter Weiterbildung derselben
die Möglichkeit,
die Kraft zur Positionierung der Blenden nach dem Prinzip einer
Bremskraftverstärkung
forciert zu übertragen.
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Die
Hydraulikstrecke umfasst zweckmäßigerweise
einen Betätigungszylinder,
in dem ein durch eine Kolbenstange mit der Blende verbundener Betätigungskolben
angeordnet ist. Der Betätigungskolben ist
hierbei im Betätigungszylinder
translatorisch bewegbar.
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Der
mit Hydraulikflüssigkeit
gefüllte
Betätigungszylinder
ist vorzugsweise an beiden Enden mit je einem Stutzen versehen.
Der Betätigungskolben ist
dabei zwischen den beiden Stutzen angeordnet, sodass eine Strömung der
Hydraulikflüssigkeit
von dem ersten Stutzen durch den Betätigungszylinder zu dem zweiten
Stutzen eine translatorische Bewegung des Betätigungskolbens verursacht. Über die insbesondere
starre Kolbenstange wird diese Bewegung des Betätigungskolbens an die Blende übertragen.
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Antriebsseitig
der Hydraulikstrecke ist in einer zweckmäßigen Ausführungsform eine Pumpe, insbesondere
eine Rotationspumpe, angeordnet. Die Pumpe ist dabei insbesondere
durch Rohrleitungen oder Schläuche
mit dem Betätigungszylinder
in einem geschlossenen Kreislauf verbunden. Wird die Hydraulikflüssigkeit
mittels der Pumpe gefördert,
so bewirkt dies eine Bewegung des Betätigungskolbens und damit eine
Positionierung der Blende. Zweckmäßigerweise ist die Pumpe reversierbar
ausgebildet, sodass durch entsprechende Ansteuerung der Pumpe auf
einfache Weise eine reversible Hin- und Rückbewegung des Betätigungskolbens
verwirklicht werden kann.
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In
einer alternativen Ausführungsform
umfasst die Antriebseinheit einen Antriebszylinder mit einem durch
einen Antrieb bewegbaren Antriebskolben. Der Antriebszylinder weist
bevorzugt an beiden Enden Stutzen auf, zwischen denen der Antriebskolben
bewegbar ist, und über
die der Antriebszylinder hydraulisch mit dem Betätigungszylinder verbunden ist.
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Vorteilhafterweise
ist der Antriebszylinder im Vergleich zu einem Betätigungszylinder
derart dimensioniert, dass eine Verstärkung der Antriebskraft auftritt.
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Der
Antriebskolben ist insbesondere über
ein Schneckengetriebe oder eine Zahnstange mit dem Antriebsmotor
gekoppelt.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Positionssensor zur
Erfassung der Position der Blende. Das Signal des Positionssensors
wird zweckmäßigerweise
zur Steuerung, bzw. Regelung der Positionierung der Blende herangezogen,
sodass eine besonders exakte Positionierung der Blende erreicht
wird.
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Der
Positionssensor ist bevorzugt nicht direkt mit der Blende gekoppelt,
sondern erfasst die Position der Blende zweckmäßigerweise indirekt anhand
der Position eines Elements der Vorrichtung, das mit der Blende
bewegungstechnisch korrespondiert, und das insbesondere räumlich von
der Blende selbst entfernt ist. Der Positionssensor ist so nicht
der vergleichsweise hohen Strahlungsintensität am Strahlungskopf der Bestrahlungseinheit
ausgesetzt. Dadurch wird eine strahlungsbedingte Alterung – insbesondere
von Kunststoffteilen – des
Positionssensors, die im schlimmsten Fall einen vorzeitigen Ausfall
des Positionssensors verursachen könnte, zumindest weitestgehend
unterbunden.
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In
einer Ausführung
ist vorgesehen, einen Signalgeber bzw. Aufnehmer des Positionssensors
an der mit dem Betätigungskolben
verbundenen Kolbenstange anzuordnen. Durch die starre Verbindung der
Kolbenstange mit der Blende kann anhand der Position der Kolbenstange
direkt und sehr präzise
auf die Position der Blende rückgeschlossen
werden. In einer alternativen Ausführung befindet sich der Signalgeber
bzw. Aufnehmer direkt am Betätigungskolben.
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In
einer weiteren Alternativausführung
ist vorgesehen, den Signalgeber bzw. Aufnehmer des Positionssensors
am Antriebskolben des Antriebszylinders anzubringen. Da die Bewegung
des Antriebskolbens über
die nahezu inkompressible Hydraulikflüssigkeit an den Betätigungskolben,
bzw. die Blende übertragen
wird, kann aufgrund der Position des Antriebskolbens die Po sition
der Blende bestimmt werden. Vorteilhafterweise ist dann der Positionssensor
besonders weit von dem Strahlungskopf und der dort vorherrschenden
hohen Strahlungsintensität entfernt.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung
zur Positionierung einer Blende einer Bestrahlungseinheit,
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2–6 in
Darstellung gemäß 1 weitere
Ausführungsformen
der Vorrichtung.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
in einer ersten Ausführungsform eine
Vorrichtung 1 zur Positionierung einer Blende 2 einer
nicht explizit dargestellten Bestrahlungseinheit.
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Die
Vorrichtung 1 umfasst im Wesentlichen eine Antriebseinheit 3 und
eine mit Hydraulikflüssigkeit 4 gefüllte Hydraulikstrecke 5.
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In
der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst die Antriebseinheit 3 eine
Pumpe 6, mit der die Hydraulikflüssigkeit 4 in der
Hydraulikstrecke 5 umgepumpt werden kann.
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Die
Hydraulikstrecke 5 umfasst einen Betätigungszylinder 7,
in dem ein Betätigungskolben 8 angeordnet
ist. Der Betätigungskolben 8 ist über eine Kolbenstange 9 starr
mit der Blende 2 verbunden.
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Der
Betätigungszylinder 7 weist
an einem antriebstechnisch der Blende 2 zugewandten Ende einen
ersten Stutzen 10 und an einem antriebstechnisch von der
Blende 2 abgewandten Ende einen zweiten Stutzen 11 auf.
An die Stutzen 10, 11 sind Rohr leitungen 12 oder
Schläuche
der Hydraulikstrecke 5 angeschlossen, durch welche die
Pumpe 6 mit dem Betätigungszylinder 7 verbunden
ist. Der Betätigungskolben 8 ist
zwischen den beiden Stutzen 10 und 11 verschiebbar
und wird von beiden Seiten von der Hydraulikflüssigkeit 4 beaufschlagt.
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Wird
die Hydraulikflüssigkeit 4 durch
die Pumpe 6 in der Hydraulikstrecke 5 gefördert, dann erzeugt
dies eine translatorische Bewegung des Betätigungskolbens 8 im
Betätigungszylinder 7,
welche über
die Kolbenstange 9 auf die Blende 2 übertragen wird.
Diese Bewegungsübertragung
ist durch die Pfeile 13, 14 dargestellt.
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In 2 ist
eine zweite Ausführungsform
der Vorrichtung 1 dargestellt, die hinsichtlich ihres Aufbaus
im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht.
Abweichend dazu umfasst hier die Antriebseinheit 3 einen
Antriebsmotor 20, sowie einen mit Hydraulikflüssigkeit 4 gefüllten Antriebszylinder 21,
in dem ein Antriebskolben 22 angeordnet ist. Der Antriebskolben 22 ist
in dem Antriebszylinder 21 translatorisch verschiebbar
und über
eine Spindel 23 mit dem Antriebsmotor 20 gekoppelt.
Dabei bewirkt der Antriebsmotor 20 eine Rotation der Spindel 23, wodurch über ein
Schneckengetriebe eine translatorische Bewegung des Antriebskolbens 22 verursacht wird.
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Der
Antriebszylinder 21 weist an seinem Umfang zwei Stutzen 24, 25 auf,
die derart in der Nähe der
Stirnseiten des Antriebszylinders 21 angeordnet sind, dass
sie den Antriebskolben 22 beidseitig einschließen. An
die Stutzen 24, 25 sind die Rohrleitungen 12 angeschlossen.
Eine Bewegung des Antriebskolbens 22 wird über die
Hydraulikstrecke 5 an den Betätigungskolben 8 übertragen,
wodurch wiederum die Blende 2 positioniert wird. Diese
Bewegungsübertragung
ist wiederum durch die Pfeile 13 und 14, sowie
einen zusätzlichen
Pfeil 26 angedeutet.
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In 3 ist
eine dritte Alternative der Vorrichtung 1 dargestellt,
die hinsichtlich ihres Aufbaus im Wesentlichen der zweiten Alternative
entspricht. Im Unterschied zur zweiten Alternative treibt hier aber der
Antriebsmotor 20 über
eine Zahnstange 30 den hiermit fest verbundenen Antriebskolben 22 an.
Wie in der zweiten Alternative wird auch hier die Bewegung des Antriebskolbens 22 über die
Hydraulikstrecke 5 an den Betätigungskolben 8 übertragen,
wodurch wiederum die Blende 2 positioniert wird.
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In 4 bis 6 sind
Ausführungsformen der
Vorrichtung 1 teilweise dargestellt, die im Wesentlichen
einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen entsprechen, die
zusätzlich
aber mit einem Positionssensor 40 versehen sind. Der Positionssensor 40 umfasst
einen Signalgeber 41, und einen ortsfesten Aufnehmer 42,
mit dem die Position bzw. eine Positionsänderung des Signalgebers 41 erfasst
wird.
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Der
Signalgeber 41 ist in der in 4 dargestellten
Variante an einem von der Blende 2 abgewandten Ende der
jenseits des Betätigungskolbens 8 verlängert ausgeführten Kolbenstange 9 angebracht, sodass
vom Aufnehmer 42 die Position der Kolbenstange 9 und
damit indirekt die Position der Blende 2 erfasst wird.
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Wie
aus 4 zu entnehmen ist, befindet sich der Positionssensor 40 außerhalb
eines in 4 schematisch angedeuteten Strahlungsbereichs 43.
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Alternativ
hierzu ist in der in 5 dargestellten Variante der
Vorrichtung 1 der Signalgeber 41 direkt am Betätigungskolben 8 angebracht.
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In 6 ist
eine weitere Variante der Vorrichtung 1 dargestellt, bei
welcher der Signalgeber 41 des Positionssensors 40 am
Antriebskolben 22 der Antriebseinheit 3 angebracht
ist. In diesem Falle wird anhand der Position des Antriebskolbens 22 die
Position der Blende 2 ermittelt.
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Die
Antriebseinheit 3 und der daran angebrachte Positionssensor 40 befinden
sich dabei insbesondere auch außerhalb
des Strahlungsbereichs 43.
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Der
Positionssensor 40 beruht z. B. auf einem magnetischen,
mechanischen oder optischen Wirkungsprinzip. Alternativ kann in
den Ausführungen
gemäß 4 bis 6 die
Zuordnung des Aufnehmers 42 und des Signalgebers 41 zu
den entsprechenden Vorrichtungsbestandteilen auch vertauscht sein.