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Programmsteuervorrichtung für die Einstellung und Bewegungssteuerung
medizinischer Strahlenanwendungsgeräte Die Erfindung betrifft eine Programmsteuervarrichtung
für die Einstellung und Bewegungssteuerung medizinischer Strahlenanwendungsgeräte
mit einer Abtastvorrichtung, die das in einem Datenspeicher in Zahlenwerten eingeschriebene
Einstellprogramm abtastet und einer Schaltvorrichtung zum Umwandeln der Zahlenwerte
in elektrische Werte (Sollwerte) zuführt, und mit Meßwertgebern, die an den mit
elektrischen Antriebsmitteln einstellbaren Teilen des Strahlenanwendungsgerätes
angebracht sind und die der Relativlage des zugehörigen verstellbaren Teiles zum
Gerätekörper entsprechende elektrische Werte (Istwerte) erzeugen, sowie mit einer
elektrischen Vergleichs anordnung, die aus dem Sollwert und dem Istwert einen Differenzwert
und eine dem Differenzwert proportionaleSteuerspannung bildet, die sie dem zugehörigen
Antriebsmittel zum Ausgleich des Differenzwertes zuführt.
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In der medizinischen Strahlentherapie kann die für eine Bestrahlung
notwendige Gesamtdosis aus biologischen Gründen häufig nicht in einer einzigen Sitzung
verabreicht werden. Eine Fraktionierung mit oft mehr als zwanzig Einzelbestrahlungen
ist die Regel. Mit wenigen Ausnahmen ist es möglich, den für eine fraktionierte
Bestrahlung aufzustellenden Behandlungsplan so auszuarbeiten, daß für Jede Teilbestrahlung
mit den gleichen Einstelldaten gearbeitet
werden kann. Für eine
sog. Stehfeldbestrahlung beispielsweise sind Einstrahlrichtung, Feldgröße, Bestrahlungsabstand
und Bestrahlungszeit stets gleich. Bei einer sog. Bewegungsbestrahlung, bei der
die Strahlenquelle im allgemeinen eine pendelförmige Bewegung um den Bestrahlungsherd
ausführt, sind darüber hinaus auch der Pendelwinkel und die Pendelgeschwindigkeit
gleich. Diese Identität des Geräteablaufs nach einem bestimmten Programm bei einer
Vielzahl von Bestrahlungen des gleichen Patienten erlaubt eine Rationalisierung
durch eine sog. Programmsteuerung. Dabei wird beispielsweise der Bestrahlungsplan
kodiert in eine Lochkarte gestanzt. Eine solche Steuerung eines Röntgentherapiegerätes
ist bekannt.
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Gemäß der Erfindung soll das von einem Datenspeicher, beispielsweise
einer Lochkarte gesteuerte Gerät mit den in den Patentansprüchen gekennzeichneten
Mittel gleichzeitig zum Programmieren verwendet werden.
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Mit den Mitteln der Erfindung kann daraur verzichtet werden, jeden
einzelnen elektrischen Wert abzulesen und mit Hilfe einer zusätzlichen Kodier- und
Schreibvorrichtung in der gewünschten Reihenfolge in einen Speicher, beispielsweise
eine Lochkarte, einSuschreiben. Diese Arbeit übernimmt das Gerät selbst unter Ausnutzung
der bereits vorhandenen Programmsteuervorrichtung.
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Die Erfindung wird an Hand des folgenden Ausführungsbeispiels erläutern.
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Fig. 1 zeigt die wesentlichen Bestandteile einer Strahlentherapieanlage,
bei der die Erfindung verwirklicht ist, wahrend in Fig. 2 das elektrische Schaltungsprinzip
der Programmsteuerung dargestellt ist.
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Der Schalttisch 1 in Fig. 1 besitzt eine Vorrichtung 2 zum Einschreiben
des gewünschten Programms in eine Lochkarte und eine Vorrichtung 3 zum Abtasten
einer programmierten Lochkarte. Auf der Schalttafel 4 sind folgende Bedienunggiemente
für die Wahl der Betriebsart angebracht. Der Schalter 5, mit dem die Anlage eine
und ausschaltbar ist, die Schalter 6 und 7, mit denen die Anlage wahlweise auf das
Einschreiben bzw. Ablesen einer Lochkarte umgeschaltet werden kann, die Schalter
8 und 9 zum Umschalten der Anlage in der Einschreibstellung von der freien Einstellung
zur Auswahl der einzuschreibenden Werte auf das Einschreiben der jeweils ausgewählten
Werte in die Lochkarte sowie den Schaltern 10 und 11 zum Umsteuern der Drehrichtung
des Antriebsmittels für die betreffenden Gerätebewegung.
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Im Schaltschrank 12 sind die elektrischen Schalt- und Steuerungselemente
der Programmsteuerung untergebracht. Das Gerät selbst besteht aus dem Strahlerkopf
13, der am Pendelarm 14 aufgehängt ist, und dem Geräteständer 15, an dem der Pendelarm
schwenkbar gehaltert ist und der das Antriebsaggregat für die Bewegung des Strahlers
relativ zu einem nicht dargestellten Patienten enthält.
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In Fig. 2 ist die Schreibvorrichtung 2 mit der Steuervorrichtungl6
und die Abtastvorrichtung 3 mit der Steuervorrichtung 17 verbunden. Es ist angenommen,
daß die einzige Bewegungsmöglichkeit des Gerätes in einer Drehbewegung des Pendelarms
14 mit dem DrehpunktS besteht.
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Diese Bewegung wird durch das Potentiometer 18, das den einen Zweig
einer Brückenschaltung bildet und dessen Schleifer mit der vom Motor 19 angetriebenen
Welle 20 des Therapiegerätes 13, 14, 15 fest verbunden ist, in analoge elektrische
Werte umgesetzt, während der andere Zweig der Brücke, der durch die Widerstände
R 1 bis R 66 gebildet ist, die analogen Werte in digitale Werte umsetzt.
Im
Brückennullzweig zwischen dem Schleifer des Potentiometers und der Mittelzapfung
zwischen den Widerständen R 33 und R 34 sind die Schaltverstärker 21, 22 angeordnet.
Jeder dieser Verstärker spricht beim Ereichen eines bestimmten Stromwertes in einer
Richtunian und löst im einzelnen noch zu beschreibende Schaltvorgänge aus. Gespeist
wird die Brückenschaltung von der Stromquelle 23. Zwischen dem gemeinsamen Anschluß
dieser Stromquelle mit dem Potentiometer 18 und dem Widerstand R 1 befindet sich
der vom Umschalter 24 einstellbare und vom Schalter 26 des Relais 27 Uberbrückbare
Widerstand 25. Zehn von den elf Widerständen, aus denen jede der insgesamt sechs
Widerstandsgruppen der Brückenschaltung besteht, sind einzeln von den Relaisschalteni
b 1 bis d 20 überbrückbar. Die einzelnen Festwiderstände des Brückenzweiges haben
beispielsweise folgende Werte: R 1 bis R 11 und R 34 bis R 44 Je 500 Ohm, R 12 bis
R 22 und R 45 bis R 55 je 50 Ohm und R 23 bis R 33 und R 56 bis R 66 Je 5 Ohm. Die
Relaisschalter werden von den entsprechenden Relais D 1 bis D 10 gesteuert. Die
Relais B 1 bis D 10 sind mit Hilre der Kontakte a 11 bis a 40 der Relais A 1 bis
A 10 über den Stufenschalter 28 an die Stromquelle 29 anschließbar, wobei der Stufenschalter
28 bestimmt, welche von den Relaisgruppen B, C oder D jeweils mit der Stromquelle
29 verbunden wird. Der Stufenschalter 28 wird von dem Schaltwerk 30 betätigt, das
mit den Steuervorrichtungen 16 und 17 verbunden ist.
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Zusammen mit den Relais B 1 bis D 10 sind die Signallampen E 1 bis
G 10 über die Kontakte a 41 bis a 70 an die Stromquelle 29 anschliebbar. Die Relais
H, I, K sind zu den Lampengruppen E, F, O in Serie geschaltet.
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Beim Einschreiben eines Steuerprogramms in eine Lochkarte durch die
Schreibvorrichtung 2 ist die Funktion der Vorrichtung rolgende. Durch Umschalten
des Schalters 8, 9 wird der Motor 19 mit der Stromquelle 32 verbunden. Sodann wird
der Pendelarm 14 des Gerätes mit Hilfe des Pclumschalters 10, 11 in die dem gewünchten
Winkel
zwischen Strahlerkopf und Patient entsprechende Lage gesteuert.
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Ist diese Lage erreicht, wird der Schalter 8, 9 in die gezeichnete
Stellung zurückgeführt und der Schalter 7 geschlossen. Dadurch beginnt der zehnstufige
Schalter 33, ausgehend von der dargestellten Position und schrittweise fortgeschaltet
durch das Schrittschaltwerk 34, die Relaisspulen A 1 bis A 10 in der Reizu henfolge
ihrer Numerierung mit der Stromquelle 2iyverbinden. Durch das Schließen der Kontakte
a 11 bis a 20 beim Anziehen der entsprechenden A-Relais werden auch die Spulen der
Relais B 1 bis B 10 nacheinander erregt und halten sich durch ihre Kontakte b 21
bis b 30 selbst. Dabei werden die Arbeitskontakte b 1 bis b 10, die die Widerstände
R 1 bis R 11 UberbrUckerl, in der Reihenfolge des Anziehens der B-Relais geschlossen,
während die Widerstände R 34 bis R 44 durch die sich dffnenden Kontakte b 11 bis
b 20 nacheinander freigegeben werden. Dadurch bleibt der Gesamtwert der Widerstände
des Brückenzweiges gleich. Der aus den Festwiderstän--den gebildete Brückenzweig
erlaubt also die numerische Aufteilung der Gerätebewegung an 1000 Teile. Beim Uberbrücken
der Wlderstände R 1 bis R 11 und der gleichzeitigen Freigabe der Widerstände R 34
bis R 44 wird die Brücke von der einen Endlage in die andere Endlage in Stufen von
je 100 Teilen durchgestimmt. Bei demjenigen Widerstandswert, der dem Brückengleichgewicht
am nächsten kommt, spricht der Schaltverstärker 22 an und unterbricht über die Steuer
vorrichtung 16 den Zählvorgang durch Unterbrechen des Schrittschaltwerkes 34 und
schaltet gleichzeitig den Umschalter 28 über das Schaltwerk 30 eine Stufe weiter,
so daß die Relaisgruppe C 1 bis C 10 mit der Stromquelle 29 verbunden ist. Der dem
ermittelten Widerstandswert entsprechende an den geschlossenen Kontakten der Reihe
al bis a 10 feststellbare Zahlenwert wird von der Steuervorrichtung 16 erfaßt und
über die Schreibvorrichtung 2 in dio Lochkarte eingeatanzt. Nach der Beendigung
des Stanzvorganges wird der Schrittschalter durch die Steuervorrichtung 16 in die
gezeichnete Ausgangßlage zurückgeführt. Um zu erreichen, daß der Schaltverstärker
22
in jedem Falle beim Einschalten desjenigen Widerstancies der Widerstandsgruppen
R 1 bis R 11 und R 34 bis R 44 anspricht, der dem Ist-Wert voraufgeht, daß der Schaltverstärker
also beispielsweise bei einem Ist-Wert von 385 Ohm am Potentiometer 18 bei 300 und
nicht bei 400 Ohm anspricht, wird die Brücke durch das Einschalten entsprechender
Werte des Widerstandés 25 so ver stimmt, als wenn zu Beginn des Durchzählens der
Widerstandsgruppe R 1 bis R 11 der volle Widerstandswert der beiden anderen Gruppen
und beim Durchschalten der Widerstände R 12 bis R 22 die Widerstände der Widerstandsgruppe
R 23 bis R 35 voll eingeschaltet wären.
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Nachdem das Durchschalten der B-Relaisgruppe beendet ist, wiederholt
sich der gleiche Vorgang mit der C-Relaisgruppe und anscliließend mit der D-Relaisgruppe.
Parallel mit den Relaisgruppen B, C und D werden die lampengruppen EX F und G entsprechend
angesteuert, so daß der eingestanzte Wert gleichzeitig an den jeweils aufleuchtenden
Lampen abgelesen werden kann. Nachdem die so gewonnenen drei Zahlenwerte in die
Lochkarte eingestanzt sind, werden die Schalter 24 und 28 in die dargestellte Ausgangslage
zurückgeführt, so daß die Relais der Gruppen 9, C und D sowie die Lampengruppen
E, F und G stromlos werden. Wenn mehrere steuerbare Geräteteile vorhanden sind,
wiederholt sich dieser Einschreibevorgang entsprechend.
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Nachdem auf die beschriebene Weise das Behandlungsprogramm für den
betreffendén Patienten erstellt worden ist, wird das Gerät auf die im folgenden
beschriebene Weise an Hand der dem Patienten zugeordneten Lochkarte gesteuert. Dazu
wird die Lochkarte in die Abtastvorrichtung 3 eingelegt und die Taste 6 gedrückt.
Entsprechend der jeweils abgetasteten Lochkombination veranlaßt die Steuervorrichtung
17, daß das entsprechende Relais der Gruppe A anzieht, das Schaltwerk 30 den Stufenschalter
28 in die nächste naststellung
schaltet und das Relais 27 anzieht,
seinen Kontakt 26 schließt und den Widerstand 25 überbrückt. Durch das Anziehen
des der abgetasteten Lochkombination entsprechenden A-Relais wird das zugeordnete
B-Relais erregt und hält sich selbst. Durch das Schließen bzw. Öffnen der su diesem
Relais gehörenden Kontakte wird an den beiden Widerstandsblöcken R 1 bis R 11 bzw.
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R 34 bis R 44 ein bestimmter Wert eingestellt. Durch das Schließen
eines der dem erregten A-Relais zugeordneten Kontakte a 41 bis a 50 leuchtet die
entsprechende Lampe der Reihe E 1 bis E 10 auf und das H-Relais zieht an. Nach der
Beendigung dieses Vorganges wird der Stromkreis des angezogenen A-Relais durch nicht
dargestellte Mittel in der Steuervorrichtung 17 unterbrochen und die Lochkarte zum
Abtasten der nächsten Lochkombination weitergeschoben. Gleichzeitig wird der Umschalter
æ mit Hilfe des Schaltwertes 30 um einen Kontakt weiter geschaltet, so daß nunmehr
die Reihe der C-Relais mit der Stromquelle 29 verbunden ist. Der fiir die B-Relaiskette
beschriebene Vorgang wiederholt sich dann für die C-Relaiskette und für die D-Relaiskette
entsprechend. Nachdem die Einstellung für die drei Relaisketten abgeschlossen ist,
leuchten auch die entsprechenden Lampen in den zugeordneten Lampenreihen auf und
die Relais H, I und K sind erregt. Daraufhin gibt das Schaltgerät 31 an das Motorsteuergerät-
35 ein Schaltkommando, so daß der Motor in der entsprechenden Drehrichtung anläuft
und den Schleifer des Widerstandes 18 bis zum Erreichen des Brückengleichgewichts
verstellt. Beim Erreichen des Brückengleichgewichts spricht einer der beiden Schaltverstärker
21, 22 an und gibt ein Abschaltkommando an das Motorsteuergerät 35 und an das Steuergerät
17, das die Stufenschalter 24, 28 in die dargestellte Lage zurückführt. Damit ist
der Einstellvorgang abgeschlossen. Für evtl. weitere Gerätebewegungen wiederholt
sich der Vorgang in nicht dargestellter Weise entsprechend.