DE1766346A1 - Vorrichtung zur automatischen Einstellung einer Bestrahlungseinrichtung - Google Patents

Description

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dr.MÜLLER-BORE dipl.-ing. GRALFS 1766346

DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL PATENTANWÄLTE

2. Mai 1968
Fi/Sv - A 1078

Atomic Energy of Canada Limited
P.O. Box 93, Ottawa, Ont.Canada

Vorrichtung zur automatischen Einstellung einer Bestrahlungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung einer Strahlungsquelle auf eine bestimmte Lage bezüglich eines Trägers für einen zu behandelnden Patienten, um eine Bestrahlung eines vorgegebenen Teils des Patienten mit Energie von der
Quelle zu gewährleisten.

Der wichtigste, aber nicht ausschließliche Anwendungsfall der

Erfindung ist die Steuerung einer Therapieeinheit,mittels der im Verlauf einer Behandlung ein Patient mittels von einer radioaktiven Quelle kommenden Strahlen bestrahlt wird, z.B. bei der Behandlung einer krebsigen Wucherung. Mit dem Ausdruck
Therapieeinheit werden nachfolgend unter Kraftaufwendung einzustellende Maschinen bezeichnet und nicht kleine Geräte wie
Nadeln und dergleichen.

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Bei Verwendung einer Therapieeinheit ist zum Einstellen der Vorrichtung zur Behandlung des Patienten eine beträchtliche Zeit erforderlich. Bei einer nachfolgend beschriebenen speziellen Ausführungsform der Erfindung weist die Therapieeinheit sieben verschiedene Lageeinstellungen auf, von denen Jeweils eine zu einer Zeit von einer qualifizierten Bedienungsperson vorgenommen wird. Ist für einen Patienten eine vierstufige Behandlung von etwa 4-95 Sekunden erforderlich, so bedeutet dies, daß die Maschine von der Bedienungsperson während einer vollständigen Behandlung viermal eingestellt werden muß. Da die Bedienungsperson vor Beginn der Bestrahlung den Behandlungsraum verlassen und zur Durchführung neuer Einstellungen der Maschine den Raum wieder betreten muß, muß auch diese Zeit in Betracht gezogen werden. Es ist außerordentlich wichtig, die Zeitdauer, die eine qualifizierte Bedienungsperson pro Patient aufwenden muß, soweit wie möglich zu verringern. Das gleiche gilt für die Zeitdauer, während der die sehr kostspielige Einrichtung, die die Therapieeinheit umfaßt, innerhalb einer gegebenen Zeitperiode zur effektiven Bestrahlung verwendet wird.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Vorrichtung zur Einstellung einer Strahlungsquelle in eine gewünschte Lage bezüglich eines Trägers für einen zu behandelnden Patienten.

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Eine Vorrichtung zur Einstellung einer Strahlungsquelle in eine gewünschte Lage bezüglich eines Trägers für einen zu behandelnden Patienten, von dem ein vorgegebener Teil mit Energie von dieser Quelle bestrahlt werden soll, zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß die Quelle in einem Gehäuse angebracht ist, daß getrennte Antriebseinrichtungen vorgesehen sind, die im Falle ihrer Betätigung eine Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und dem Träger in verschiedenen Richtungen oder in verschiedenen Sinnen erzeugen, daß Einrichtungen zur Feststellung der Lage vorhanden sind,um eine Anzeige der augenblicklichen Relativlagen von Gehäuse und Träger zu erhalten, daß Eingabeeinrichtungen vorgesehen sind, um eine Anzeige bzw. Angabe der gewünschten Relativlage des Trägers zu erhalten,, und daß Steuermittel vorgesehen sind, denen Signale von den Einrichtungen zur Feststellung der Lage und den Eingabeeinrichtungen zugeführt sind und die in Abhängigkeit von diesen Signalen die gewünschten Relativlagen zwischen Gehäuse und Träger erzeugen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigt j

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Therapieeinheit, wie sie im Handel erhältich ist und zur Bestrahlung eines ausgewählten Körperteils eines tatienten mittels einer Kotalt-60-Quelle zur KreluVbehandlung verwendet wird,

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Figur 2 eine Aufrißdarstellung einer ersten, vertikal erfolgenden Einstellung der Einheit nach Fig. 1,

Figur 3 eine Draufsicht einer zweiten, in Längsrichtung erfolgenden Einstellung der Einheit nach Fig. 1,

Figur 4- eine Draufsicht einer dritten, seitlich erfolgenden Einstellung der Einheit nach Fig. 1,

Figur 5 eine Draufsicht einer vierten, seitlich erfolgenden Feineinstellung der Einheit nach Fig. 1,

Figur 6 eine Draufsicht einer fünften, in Form einer Winkelbewegung erfolgenden Einstellung der Einheit nach Fig.1,

Figur 7 eine Seitenansicht einer sechsten, in Form einer Drehbewegung vor sich gehenden Einstellung der Einheit nach Fig. 1,

Figur 8 eine schematische Darstellung einer typischen Einrichtung zur Durchführung einer der sechs Lageeinstellungen nach den Fig. 2 bis 7» und die

Fig. 9 und 10 zusammen ein Steuersystem, mittels dessen die in den Fig. 2 bis 7 angegebenen Einstellbewegungen durchgeführt werden können.

Fig. 1 zeigt eine Therapieeinheit zur Bestrahlung eines ausgewählten Körperteils eines Patienten mittels einer Kobalt-60-Quelle. Die dargestellte Vorrichtung wird von der Firma Atomic Energy of Canada Limited unter den Bezeichnungen THERATRON 60 und THERATRON 80 gefertigt und vertrieben, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Vorrichtungen den Bereich des Behandlungs-

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abstandes betrifft, für den die beiden Vorrichtungen vorgesehen sind. Der Patient 1 liegt auf einem Träger oder Tisch und wird nach geeigneter Relativeinstellung zu einem Strahlungskopf 3 von einer Kobalt-60-Qu.elle bestrahlt, die in dem Kopf enthalten ist. Die Vorrichtung besitzt eine einheitliche Trägerbaä.s 4· (siehe Pig. 2)in Form eines Stahlrahmens, der unter dem Boden des Behandlungsraums angebracht ist. Diese Basis trägt an einem Ende einen Halterahmen und ein Antriebsgehäuse 10, das an einer Seite einen massiven U-förmigen Aufbau 11 trägt, an dessen einem Schenkel der Quellenkopf 3 angebracht ist und dessen anderer Schenkel ein Gegengewicht 13 bildet. Der Aufbau 11 ist um eine horizontale Achse 15 (siehe Fig. 2 und 3) schwenkbar. Die Kobalt-60-Quelle ist derart angeordnet, daß sie einen Strahl liefert, der längs einer Achse 16 gerichtet ist und die Achse 15 senkrecht schneidet. Wenn der Aufbau so ausgerichtet ist, daß die Achse 16 vertikal verläuft, dann ist diese Achse 16 auch koaxial mit einer Schwenkachse 17 für eine Behandlungs-Trägervorrichtung 19· Die Trägervorrichtung 19 ißt schwenkbar an der vorstehend angeführten Basisträgereinheit 4 angebracht, und ihre Drehachse ist somit bezüglich der horizontalen Drehachse des Aufbaus 11 Äst angeordnet.

Der Patient 1 liegt auf dem Tisch 2, und dieser Tisch wird von der Trägervorrichtung 19 in einer Weise gehalten, die mehrere Arten von Einstellungen ermöglicht. Dies wird im einzelnen anhand der Big. 2 bis 7 erläutert.

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Fig. 2 läßt erkennen, in welcher Weise der obere Teil 19A der Trägervorrichtung 19 relativ zum unteren Teil 19B nach oben und nach unten bewegt werden kann, wodurch der auf dem Tisch 2 liegende Patient nach oben und nach unten über eine Entfernung von 35 cm relativ zur und unterhalb der Achse 15 bewegt werden kann.

Aus Fig. 3 ist zu entnehmen, in welcher Weise der.Tisch 2 längs der Tragvorrichtung 19 in Richtung des Doppelpfeiles 21 bewegt werden kann, um eine Änderung der Lage des Körperteils des Patienten zu erreichen, der in der die Aohse 17 enthaltenen Querebene liegt.

Fig. 4· zeigt, in welcher Weise der Tisch 2 in Uhrzeigerrichtung um den Drehpunkt 25 an der Trägervorrichtung 19 um einen Winkel A gedreht werden kann, während die Trägervorrichtung um einen gleichen Winkel A im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, so daß der Patient seitlich der Vertikalen durch den konstanten Schnittpunkt der Achsen 15 und 17 bewegt wird. Damit ist eine weite seitliche Verstellung bis zu 177 cm möglich.

Aus Fig. 5 ist «u eltnehmen, in welcher Weise der Tisch 2 relativ zur Trägervorrichtung 19 mittels eines Präzisionsgetriebesystems über kurze Entfernungen bis zu 15 cm bewegt werden kann. Diese Einstellung wird zur seitlichen Endeinstellung verwendet, nachdem mittels der Bewegung gemäß Fig. 5 eine beliebige seit-

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liehe Hauptverschiebung, die erforderlich sein kann, erzielt wurde.

Fig. 6 zeigt, in welcher Weise die lagervorrichtung über einen großen Winkel B, der bis zu 135° betragen kann, um die Achse 17, auf der sie gelagert ist, geschwenkt werden kann. Fig. 7 zeigt, in welcher Weise der U-förmige Aufbau 11 über einen Winkel von 360° um die Horizontalachse 15 geschwenkt werden kann, um die Neigung der Achse 17 des Strahlungsbündels bezüglich der Vertikalen zu verändern.

Bei der bisher beschriebenen Standardvorrichtung werden die translatorischen Bewegungen mittels Motoreinheiten, die von der Bedienungsperson gesteuert werden, durchgeführt. Einige dieser Bewegungen werden von der Bedienungsperson mittels geeigneter Handräder und Präzisionsgetrieben auch von Hand ausgeführt. Zumindest die manuellen Operationen erfordern die Anwesenheit der Bedienungsperson in der eigentlichen

und
Strahlungskammer, aas«· in der Praxis werden aus Gründen der Einfachheit auch die anderen Einstellungen innerhalb der Kammer vorgenommen, obwohl außerhalb der Kammer Anordnungen vorgesehen sind, um eine Relativbewegung zwischen dem Patienten und der Quelle zu bewirken, wenn eine derartige Bewegung erforderlich ist, um während längerer Bestrahlung von krebsigem Gewebe gesundes Gewebe zu schützen.

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Bei der automatischen Einstellvorrichtung gemäß der Erfindung erfolgt jede dieser sechs Einstellungen mittels eines geeigneten ferngesteuerten Motors, und in jeder der sechs Einstellarten wird die Lage der Teile mittels Kodiereinheiten überwacht, welche Daten übertragen, die eine Fernanzeige der Lage der Teile gewährleisten. Fig. 8 zeigt beispielsweise einen Teil eines Antriebsmechanismus zur Durchführung der Drehung eines oberen Teils 19T des Fußgestells 19 relativ zu dem verbleibenden Teil des oberen Teils 19A dieses Gestells. Aus Pig. 1 ergibt sich, daß der Tisch 2 in Längsrichtung relativ zu dem Oberteil 19T bewegbar ist, um einen der Freiheitsgrade bei der Einstellung der Lage des Patienten relativ zur Quelle zu erhalten. Der weitere Freiheit sgrad, der eine Drehungj3owohl der Trägervorrichtung 19 relativ zur Basis 4- als auch des Tisches 2 relativ zur Trägervorrichtung 19 bedingt, schließt die Drehung des Oberteils 19T mit dem Tisch 2 relativ zu dem verbleibenden Teil des Fußgestelloberteils 19 ein. In Fig. 8 ist mit dem Bezugszeichen 19AX dieser verbleibende Teil des Fußgestelloberteils 19A bezeichnet, und das Bezugszeichen 19TX kennzeichnet ein Getrieberad, das an dem oberen Tragvorrichtungsteil 19T befestigt ist. Ein umsteuerbarer elektrischer Gleichstrommotor 31 ist fest an dem Teil 19AX angebracht, und seine Ausgangswelle trägt ein Ritzel 33, das mit dem Getrieberad 19TX kämmt. Bei Speisung dieses Motors bewirkt dieser die gewünschte Relativbewegung, wobei die Drehrichtung von der Art der Speisung des Motors abhängt. Das Gehäuse einer Kodiervorrichtung 41 ist fest an dem Teil 19AX an-

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gebracht und die Eingangswelle dieser Kodiereinrichtung ist mit einem Getrieberad 4-3 versehen, das ebenfalls mit dem Getrieberad 19TX kämmt. Die Ausgangsgröße dieser Kodiereinrichtung wird in der nachfolgend beschriebenen Weise zur Gewinnung der gewünschten Fernanzeige der Ausrichtung des Tisches 2 relativ zu dem unteren Teil der Trägervorrichtung verwendet.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die exakten mechanischen Details des Getriebes zwischen dem Einstellmotor und dem einzustellenden Teil von dem erforderlichen Bewegungsbereich und der Feinheit bzw. der Genauigkeit der geforderten Steuerung abhängen. Für jede Bewegung ist jedoch ein umsteuerbarer elektrischer Einstellmotor erforderlich, wobei zur vollen Ausnutzung der Vorteile der erfindungsgemäßen Konstruktion ein Gleichstrommotor verwendet werden sollte, da ein derartiger Motor in einfacher Weise derart ausgebildet sein kann, daß beim Abschalten im wesentlichen ein sofortiges Anhalten erreicht wird.

Werden die Fig. 9 und 10 zusammen betrachtet, so zeigen sie das auimatische Steuersystem zur Durchführung der Einstellung der relativen Lage von Patient und Strahlungsquelle. Bei der vorstehend beschriebenen Therapieeinheit sind insgesamt sechs Motore und Kodiereinrichtungen erforderlich, um die beschriebenen Bewegungen zu erzeugen und Informationen bezüglich der augenblicklichen Lage der Teile als Folge dieser gewünschten Bewegungen zu erhalten. Es gelten daher folgende Zuordnungen:

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- ίο -

Motor I ) betreffend die Vertikalbewegung des Tisches 2,

Kodierer I ) wie dies in Fig. 2 dargestellt ist;

Motor II ) betreffend die horizontale Längsbewegung des

Kodierer II ) Tisches 2, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist;

Motor III ) betreffend die Drehbewegung der Trägervorrich-

Kodierer III) tung Haek 19 um die Achse 17» wie dies in den

Fig. 5 lind 6 dargestellt ist;

Motor IV ) betreffend die Drehbewegung des Tisches 2 um

Kodierer IV ) die Achse 25, wie dies in Fig. 4- gezeigt ist;

Motor V ) betreffend die seitliche Bewegung des Tisches 2

Kodierer V ) relativ zur Trägervorrichtung 19, wie dies in

Fig. 5 gezeigt ist;

Motor VI ) betreffend die Drehbewegung des U-förmigen Auf-Kodierer VI ) baus 11 gemäß Fig. 7.

Zur Vermeidung Jeglicher unnötiger Verkomplizierung zeigt Fig.9 nur den Motor I und den Kodierer I, aber es ist offensichtlich, daß die verbleibenden Motore und Kodierer entsprechend darzustellen bzw. auszubilden wären. Der Motor I und der Kodierer I gehören zusammen mit einer Motorsteuereinheit 61 und einem Register 71 zu einem Steuerkanal 51· Die anderen Steuerkanäle sind mit 52,53,5^,55 und 56 bezeichnet. Zur Steuerung der Freigabeperiode der Quelle durch die Bedienungsperson ist ein weiterer Steuerkanal vorgesehen. In der beschriebenen Therapieeinheit ist die Quelle normalerweise in einer stark abgeschirmten

Kammer angebracht und wird in schneller und wirksamer Weise mittels eines pneumatischen Systems zwischen der "Aus"-Stellung und einer "Ein-Stellung bewegt, in der die Quelle mit einem Kollimator zur Erzeugung eines Bestrahlungsbündels ausgerich-

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— ΊΊ —

tet ist. Dieser Steuerkanal umfaßt somit einen pneumatischen Motor sowie Einrichtungen, die lediglich angeben müssen, ob sich die Quelle in der "Ein"-Stellung, der "Aus"-Stellung oder

in einer "Übergangsstellung" zwischen diesen zwei Lagen befindet. Vorzugsweise wird dazu lediglich eine Anordnung von Mikroschaltern verwendet, welche durch verschiebbare Träger für die Quelle betätigt werden.

An dieser Stelle muß besonders darauf hingewiesen werden, daß erforderlichenfalls auch noch andere Steuerkanäle angefügt werden können, um andere Einstellungen zu gewährleisten, beispielsweise zur Einstellung des Kollimators oder des Diaphragmas. Dieser Kollimator könnte typischerweise aus einer Pyramide, an deren Scheitel die Quelle angeordnet ist, bestehen, wobei die Pyramidenseiten aus vier getrennten Mehrflügel-Bleigehäusen bestehen. Die Flügel der vier Gehäuse sind ineinander geschichtet. Durch Änderung des überlappungsgrades der Flügel kann die Größe des Raumes in der Mitte zwischen den Flügeln verändert werden. Ein besonderer Steuerkanal 57 steuert den Betrieb eines zur Einstellung dieser Flügel vorgesehenen Motors.

Die Steuerungen für die Therapieeinheit sind folgendermaßen gruppiert:

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EINGABE» Eine Gruppe von Flip-Flops, die mit TASTENFELD,

oder FREI

KLAR/und ÜBERTRAGUNG bezeichnet sind. Die Anzahl der Tastenfeld-Flip-Flops beträgt zehn, und diese Έΐρ-Flops stellen die Ziffern 0 bis 9 dar.

AUSGABE» Ein mit DEQCKEN bezeichnetes Flip-Flop.

SELBSTSTEUERUNG: Ein Eingangs/Ausgangs-Schreiber T, dessen

Ausgangsgröße über ein logisches Netzwerk an eine Gruppe von sechs Flip-Fikps angelegt ist, die äquivalent zu Schaltern sind und die Bezeichnungen HALTEN, AUSGEWÄHLTE BEWEGUNGEN, ALLE BEWEGUNGEN, LESEN, STELLUNG und ANFANGSEINGABE tragen.

MANUELLE MOTORSTEUERUNG: Eine Gruppe von vierzehn paarweise

angeordneten Drucktasten, die den Motoren I bis VII entsprechen, wobei Jedes Paar entweder mit RÜCKWÄRTS oder VORWÄRTS bezeichnet

ist.

Es ist vorteilhaft, zunächst den Betrieb der manuellen Motorsteuerung zu betrachten. In Fig. 9 sind die Ausgänge der vierzehn Druckknöpfe für den Rückwärtsbetrieb des Motors Nr. I mit R1, für den Vorwärtsbetrieb des Motors Nr. I mit F1 bezeichnet usw. bis R7 und F7. Nach Fig. 10 sind die Ausgänge R1 und F1

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jeweils mit Rückwärts- und Vorwärts-Klemmen der Motorsteuerung 61 verbunden. Werden diese Ausgangsgrößen der Steuerung zugeführt , so bewirken sie eine Drehung des Motors I in Rückwärtsoder Vorwärtsrichtung, wie dies zur Durchführung der gewünschten Jinderung in der relativen Lage von Patient und Strahlungsquelle gewünscht wird. Wird angenommen, daß der Motor I der Motor 31 von Fig. 8 ist, so dreht gemäß Fig. 10 das Ritzel 33 das Getrieberad 19TX. Durch diese Drehung des Getrieberads 19TX wird das Ritzel 43 und somit der Kodierer 4-1 angetrieben, welcher Impulse, die Bruchteilen der Lageänderung entsprechen, an einen Eingang der drei Dekadenregister 71 lüegt. Wird demnach die Vorrichtung für jeden ihrer Freiheits- oder Einstellgrade zuerst in eine Null-Stellung gebracht und die Register 71 bis 77 ebenfalls auf Null gestellt, dann wird die Relativbewegung zwischen dem Patienten und der Quelle durch die Änderung der Zähleranzeige in den Rqej.stern 71 bis 77 angegeben.

Den EINGABE-Steuerungen ist ein 1 Megahertz-Taktgeberoszillator 81, ein Dreidekadenzähler 83, ein Adressenregister 85 und ein Taktgebergatter 87 zugeordnet. Das AUSGABE-Steuer-Flip-Flop

DRUCKEN ist einer Ausgabe-Logikeinrichtung 91 zugeordnet, de ren Ausgang über ein Dreidekadenregister 93 mit dem Eingang des Eingangs/Ausgangs-Schreibers verbunden ist.

Das zur automatischen Einstellung der relativen Lagen von Patient und Quelle verwendete Prinzip besteht in der Unterteilung

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des möglichen EinstelIbereichs in 1000 gleiche Teile, denen die Nummern 000 bis 999 zugeordnet sind, sowie in der Feststellung des Komplements der die gewünschte Stellung darstellenden Zahl. Demnach ist zur Einstellung der Vorrichtung auf die Stellung 658 das Komplement 34-2. Das Register des in Anspruch genommenen Steuerkanals wird auf dieses Komplement eingestellt, d»h. im Kanal 1 würde das Register 71 mittels eines an die Zählklemme über die Leitung A1 angelegten Signals auf die Zahl 3^-2 eingestellt werden. Wenn der Kanal in Tätigkeit gesetzt werden soll, wird über die Leitung RS an die "START"-Klemme ein Signal angelegt, und ein weiteres Signal wird über die Leitung FOR/A der Motorsteuerung 61 zugeführt. Der Motor I läuft dann mit Höchstgeschwindigkeit in der Vorwärt srichtung. Da der Motor das Getrieberad 19TX antreibt, wird durch dieses Rad der Kodierer I angetrieben, so daß dem Eingang des Registers 71 zur Erhöhung seiner Zählstellung Impulse zugeführt werden. Wenn die Zählerstellung 896 erreicht hat, tritt am 896sten Ausgang des Registers eine Ausgangsgröße auf, die der Motorsteuerung zugeführt wird, um die Geschwindigkeit des Motors I auf LANGSAM zu verringern. Wenn der Zählerstand des Registers 71 die Stellung 000 (das ist das gleiche wie 1000) erreicht hat, erscheint an der Registerklemme 1000 ein Ausgangssignal, das der STOPP-Klemme der Motorsteuerung 61 zugeführt wird. Dies hat zur Folge, daß der Motor I stehenbleibt. Die durchlaufene Distanz ist die Anzahl von Impulsen, die vom Kodierer I gefordert wird, um dae Komplement auf die

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gewünschte Einstellung 000 zu bringen und ist offensichtlich gleich der gewünschten Einstellung.

Die Einstellung eines jeden der Eegister kann durch Eingangsimpulse von dem zugeordneten Kodierer, z.B. dem Kodierer I, erhöht werden. Seine Stellung bzw. Einstellung kann auch durch Impulse erhöht werden, die über die Leitung GS von dem Taktgebergatter kommen. Steht an der Leitung H ein Haltesignal an, das dem STOPP-Eingang des Eegisters zugeführt wird, so wird dieses Signal die vorhandene Einstellung des Eegisters normalerweise aufrechterhalten. Wird jedoch ein Eegister durch das Adressenregister 85 ausgewählt, so ermöglicht es eine Ausgangsgröße einer geeigneten LeitungJ^Lieses Eegisters, beispielsweise an der Leitung A1, das3das Eegister, z.B. das Eegister 71, damit beginnt, diese Taktgeberimpulse auf der Leitung CS zu zählen. Diese Taktimpulse werden auch dem Eegister 93 zugeführt, so daß dann, wenn das Begister 71 normalerweise auf das Komplement 3^2 eingestellt wird, eine Anzeige der Zahl 658 erfolgt und das Taktgebergatter 87 durch ein Signal von der Ausgabelogik 91 gesteuert wird, worauf beide Eegister Taktimpulse zählen, bis das Eegister 71 den Wert 000 erreicht und zur Blockierung des Taktgebergatters ein Signal auf die Leitung CGS/1 gibt. Die Anzahl der gezählten Taktgeberimpulse wird 658 betragen, und das Eegister 93 wird nunmehr diese Zahl enthalten. Mittels des Eingangs/Ausgangs-Schreibers T kann die sich in dem Eegister befindende Zahl 658 ausgedruckt werden.

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Eine Anfangseinstellung des Motorregisters, z.B. des Registers 71, erfolgt dadurch, daß es zunächst so eingestellt wird, daß dieses Register die Taktgeberimpulse zählt bis es 000 erreicht,

worauf es das Taktgebergatter 87 schließt und auf 000 bleibt. Der Zähler 83 wird in einer nachfolgend beschriebenen Weise auf die gewünschte Zahl eingestellt. Wenn die ÜBERFÜHRUNGS-Steuerung betätigt wird, addiert der Zähler 83 zu seiner Einstellung die Taktimpulse vom Taktgeber 81 und bewirkt gleichzeitig mittels eines an den START-Eingang des Taktgebergatters 87 angelegten Signals die Durchschaltung der Taktgeberimpulse zu dem ausgewählten Motorregister. Der Zähler 83 hält an, wenn er einen Zählerstand von 000 erreicht, so daß die Anzahl von dem Regster 71 zugeführten Impulsen gleich dem Komplement der in dem Zähler 83 gespeicherten Zahl ist. Es wurde vorstehend bereits erläutert, daß dieser gewünschte Zustand erreicht werden soll.

Es wird zu erkennen sein, daß mittels des Adressenregisters 85 die Auswahl eines beliebigen Kanals zur Speicherung einer Zahl möglich ist, welche eine gewünschte spätere Bewegung in der Richtung, der der Kanal zugeordnet ist, darstellt. Jeder Kanal 51 bis 57 kann aufeinanderfolgend ausgewählt werden und die benötigte Zahl speichern. Alle Kanäle können dann durch ein Signal aktiviert werden, das an die gemeinsame Leitung RS angelegt wird, und jeder Motor I bis VII wird gespeist werden und laufen,

bis das zugehörige Register die Stellung 000 erreicht, bei der

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der Motor anhält. Es ist nicht erforderlich, daß alle Motoren gleichzeitig anhalten. Dadurch wird es möglich, gleichzeitig verschiedene Bewegungen auszuführen und zu gestaffelten Zeiten zu beenden. Dadurch wird es auch möglich, verschiedene Bewegungen mit verschiedenen Geschwindigkeiten ablaufen zu lassen. Beispielsweise könnte der Motor I bewirken, daß der Kodierer I Impulse erzeugt, von denen jeder eine Stellungsänderung von 0,1% des Bewegungsbereiches darstellt, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die zweimal so groß wie die der von dem Kodierer II erzeugten Impulse ist.

Da die Register 71 bis 77 nur vorwärts zählen, ist es erforder-.lich, daß die Ruhestellung für das von jedem Motor bewegte Teil eine extreme Grenzstellung ist. Aus diesem Grund wird jeder Motor so angeschaltet, daß er in RÜCKWlRTS-Richtung läuft, wenn ihm ein Umkehrsignal über die Leitung REV/A zugeführt wird, und

Bewegung

zwar solange, bis seine/automatisch durch einen geeigneten Endschalter gebremst wird.

Der dargestellte Eingangs/Ausgangs-Schreiber ist ein Eingangs/ Ausgangs-Schreiber von IBM, der als Schreibmaschine zur Übertragung elektrischer Impulse zu einem Rechner oder einer ähnlichen Einrichtung verwendet und als automatische Schreibmaschine mittels elektrischer Impulse betrieben werden kann, welche Typenstangen h·-tätigen und Tastaturfunktionen auslösen 'einschließlich Wogen/·;'Λ ι-'M , Alj;;t;aj]dsoijjHtellung·, Tabulierung usw.. Bei jedem

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beliebigen Niederdrücken von Tasten erscheint am Ausgang der Schreibmaschine eine einzige Kombination binärer Ausgangssig-

nale, und in dem vorliegenden System werden bestimmte dieser Kombinationen in bekannter Weise durch eine Diodenanordnung erfaßt und liefern kodierte Ausgangssignale, welche selektiv die Flip-Flops von Fig. 9 betätigen. Es gilt:

Zeichen: ausgelöste Steuerung:

D DRUCKEN

L ANFANGSEINGABE

R AT₁LF, BEWEGUNGEN

K STELLUNG

Q ^Oder } HALTEN (BELEGT)

T oder )

M oder ) FREI

N )

PUNKT (.) ÜBERFÜHRUNG

O bis 9 diese Zahlen werden dem Zähler 83

zugeführt.

Diese Logik wurde nicht in zufälliger Weise ausgewählt, sondern zui' Erleichterung der Bedienung durch das medizinische Personal, dem die Verwendung sinnvoller Wörter zur Auslösung gewünschter Operationen ermöglicht wird. Die Logik wurde unter Berücksichtigung der englischen Sprache gewählt, kann jedoch in einfacher Wuise geändert werden, wenn beispielsweise die Muttersprache

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der Bedienungsperson französisch ist. Die verwendeten Befehlsworte sind SET, NOEMAL, EECORD, ENTER und WORK.

Die Arbeitsweise der Einstellvorrichtung wird nachfolgend anhand dieser Befehlsworte beschrieben.

S dies ist ein überzähliger Buchstabe, der lediglich hinzugefügt wurde, um ein Wort mit Sinngehalt zu erhalten; er löst in dem System keinen Vorgang aus;

E schaltet das HALTE-Flip-Flop ein;

T schaltet das FREI-Flip-Flop ein.

Diese Gruppe von Befehlen bewirkt, daß der Zähler 83 > das Register 93 und die Motorregister 71 bis 77 alle auf 000 zurückkehren und in diesem Zustand anhalten. Dieses Befehlswort wird verwendet, wenn die Vorrichtung mittels der manuellen Steuerdruckknöpfe eingestellt werden soll, z.B. wenn ein neuer Patient in die Vorrichtung gebracht wird und bei der Maschineneinstellung seinen Körperabmessungen Rechnung getragen werden muß. Wenn diese manuelle Einstellung durchgeführt ist, befinden sich alle Register noch auf Null, aber die Teile werden zu ihren korrekten Einstellungen mechanisch versetzt sein.

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NORMAL

N schaltet das FREI-Flip-Flop an, um zu gewährleisten, daß

das überführungsregister, Zähler 83 auf 000 ist; 0 schaltet das HATYPE-Flip-Flop ein; R schaltet das ALLE BEWEGUNGEN-Flip-Flop ein; M schaltet das FREI-Flip-Flop ein; A ist ein überzähliger Buchstabe; L schaltet das ANFANGSEINGABE-Flip-Flop ein.

Dies hat zur Folge, daß ein Signal über die Leitung RS an die START-Klemmen aller Motorregister 71 bis 77 gelegt und dass ebenfalls ein Signal über die Leitung REV/A allen MotorSteuerungen zugeführt wird, um die Motoren in Rückwärtsrichtung in ihre RUHE-Stellungen zurückzuführen. Während dies erfolgt, wird jeder Kodierer seinem zugeordneten Register 71 bis 77 eine Anzahl von Impulsen zuführen, welche für die durchlaufene Strecke kennzeichnend sind. Diese Register enthalten somit Zahlen, welche die tatsächlichen Versetzungen an der Einstellage für den Patienten angeben.

RECORD

R schaltet das ALLE BEVEGUNGEN-Flip-Flop ein; E schaltet das HALTE-Flip-Flop ein; C ist ein überzähliger Buchstabe; 0 schaltet das Halte-Flip-Flop ein; R schaltet das ALLE BEVEGUNGEN-Flip-Flop einj D schaltet das DRUCK-Flip-Flop ein.

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Ist das ALIiE EEWEGUNGEN-Flip-Flop eingeschaltet, so legt es ein Signal an das Adressenregister 85 an, das es auf die Adresse A1 zurücksetzt, so daß das Register des Motors I aktiviert wird. Wenn das DRUCK-Flip-Flop eingeschaltet ist, so wird die AUSGABE-Logik 91 angeschaltet und überführt in der vorstehend beschriebenen Weise die sich in dem Register 71 befindende Zahl in das Register 73· Ist dieser Vorgang beendet, so sperrt das von dem 000 (oder 1000)-Ausgang des Registers 71 kommende Signal über die Leitung CGS/1 das Taktgebergatter 87, und die sich in dem Register 93 befindende Information wird dann automatisch Dekade für Dekade zu dem Eingangs/Ausgangs-Schreiber T überführt, der die Dezimalzahl ausdrukt, welche den Inhalt des Registers 71 und somit die Versetzung der dem Motor I zugeordneten Achse angibt. Wenn der Punkt (.) nach drei Dezimalziffern gedruckt wird, so schaltet dies automatisch das ÜBERFÜHRENGS-Plip-Flop an, wodurch ein "Weiterschiebe"-Impuls dem Adressenregister 85 zugeführt wird, das auf den Ausgang A2 schaltet und in gleicher Weise die Ausgabe der Inhalte des den Motor II zugeordneten Registers 72 bewirkt. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis alle Motonegister ihre Inhalte nacheinander zuerst in das Register 93 überführt und dann ausgedruckt haben.

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ENCDER

E schaltet das HALTE-Flip-Flop ein;

N schaltet das FREI-Flip-Flop ein;

QJ schaltet das FREI-Flip-Flop ein;

E schaltet das HALTE-Flip-Flop ein;

R schaltet das ALLE BEWEGUNGEN-Flip-Flop ein.

Durch diese Betätigung werden die Register 83 und 71 bis 77 auf 000 gesetzt, und wenn das ALLE BEWEGUNGEN-Flip-Flop eingeschaltet wird, legt es an die RUCKSETZ-Klemme des Adressenregisters 7Ί ein Signal an, das dieses Register auf den Ausgang A 1 bringt.

Nach dem Schreiben des Wortes ENTER schreibt die Bedienungsperson dann sieben Blöcke aus dreistelligen Zahlen, wobei auf jeden Block ein Punkt (.) folgt. Nachdem jede Ziffer eines Blockes geschrieben ist, wird sie durch die Tastenfeld-Flip-Flops in den Zähler oder an das Register 83 gebracht. Wenn am Ende des ersten dreiziffrigen Blocks der Punkt (.) geschrieben ist, wird das ÜBERFÜHRUNGS-Flip-Flop eingeschaltet, und dieses überführt zuerst die dreistellige Zahl in dem Zähler 83 in das der ersten Adresse A1 zugeordnete Register 71 und schaltet dann das Adressenregister auf den nächsten Ausgang A2 weiter. Wenn die nächste dreistellige Zahl geschrieben is£, wird sie in gleicher Weise in dem Zähler 83 gespeichert und dann in das dem Ausgang A2 zugeordnete Register 72 überführt. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis alle sieben Blöcke und ihre Punkte geschrieben sind.

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Die Therapieeinheit ist nun bereit, die eingeschriebenen Bewegtingen auszuführen und dann die gewünschte Bestrahlung durchzuführen.

W ist ein überzähliger Buchstabe;

0 schaltet das HALTE-Flip-Flop ein;

E schaltet das AIIiE BEWEGTMGEN-i-Flip-Flop ein; K schaltet das STELLIMGS-Flip-Flop ein.

Wenn das STEUjUNGS-Flip-Flop eingeschaltet ist, so legt es über die leitung FOR/A gleichzeitig an die VORWäBTS-Klemmen aller Motorsteuerungen ein Signal an, das zur Folge hat, daß die Motoren in Vorwärtsrichtung laufen. Diese Vorwärtsbewegung eines jeden Motors bewirkt, daß der jeweils zugeordnete Kodierer dem angeschlossenen Motorregister 71 kis 77 in der vorstehend beschriebenen Weise Impulse zuführt. Wenn der Zählerstand in einem Motorregister 896 erreicht, so legt das Register ein Signal an die LANGSAM-Klemme der zugeordneten Motorsteuerung an, welches bewirkt, daß der Motor mit verringerter Geschwindigkeit in Vorwärtsrichtung läuft, bis der Zählerstand 1000 erreicht ist, bei dem das Register der STOPP-Klemme der Motorsteuerung ein Signal zuführt und der Motor schnell zum Stillstand kommt.

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Es ist darauf hinzuweisen, daß alle Mo tore zusammen laufen und als Folge davon die Einstellung der Lage des Patienten relativ zur Quelle in relativ kurzer Zeit vor sich geht.

In dem beschriebenen System wird die tatsächliche Freigabe der Quelle zur Bestrahlung des Patienten durch eine getrennte manuelle Steuerung bewirkt. Dadurch ist es der Bedienungsperson möglich, den Patienten durch eine geeignete Sichtvorrichtung zu beobachten und sicherzustellen, daß sich der Patient noch in der richtigen Weise auf dem Tisch 2 befindet. Es ist vorteilhaft, für den Patienten eine Behandlungskarte vorzusehen, wobei zu diesem Zweck die Schreibmaschine benutzt werden kann. Wenn ein neuer Patient in die Vorrichtung gebracht wird, so wird diese Vorrichtung zuerst manuell eingestellt, so daß eine Anpassung an die gewünschte Behandlungsfläche erzielt wird. Dies wird dadurch erleichtert, daß in dem

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Behandlungsraum an oder nahe der Therapieeinheit manuell betätigbare Druokknöpfe zur Motorsteuerung vorgesehen sind. Die Bedienungsperson kann den Behandlungsraum verlassen und die Schreibmaschine betätigen. Das Schreiben des Wortes "EEOORD" nach der manuellen Einstellung der Vorrichtung wird durch automatisches Ausdrucken auf der Behandlungskarte eine Gruppe von sieben dreistelligen Dezimalzahlen erzeugen, die durch Punkte (.) getrennt sind und die Einstellung der Maschine angeben, welche ein Einwirken auf den speziellen Krebs dieses Patienten gewährleistet. Die Bedienungsperson kann dann den Wagenrücklauf an der Schreib-

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maschine betätigen und mit einer neuen Zeile beginnen. Sie kann gewünschtenfalls das Wort OFF schreiben, welches ein Einschalten des HALTE-Flip-Flops der automatischen Steuerung und ein Stillhalten der Motore bewirkt, und dann kann die Anzahl der zu gebenden BehandlungsSekunden geschrieben werden. Wird dann ENTEE gewerden
schrieben und/die sieben Gruppen von dreistelligen Dezimalzahlen ausgedruckt und dann WOHK geschrieben, so stellt sich die Therapieeinheit automatisch wieder in die manuell eingestellte Lage ein, und die Bedienungsperson kann während der Periode, die auf €ke* die Behandlungskarte geschrieben wurde, eine Bestrahlung vornehmen.

Wenn dieser Patient wieder zu einer nachfolgenden Behandlung erscheint, so kann seine Behandlungskarte in die Schreibmaschine gebracht und das Befehlswort OFF so geschrieben werden, daß das automatische System nicht wirksam ist, während das Datum und die gewünschte Bestrahlungszeit von Hand eingeschrieben werden. Wird dann das Wort ENTER geschrieben, die ursprünglichen sieben dreistelligen Dezimalzahlen und ihre Punkte umgespeichert und folgt darauf das Wort WOEK, so kann die Maschine sehr schnell in ihre eigentliche Behandlungastellung gebracht und die ge wünschte Bestrahlung gegeben werden.

Ss ist offensichtlich, daß die beschriebene Vorrichtung eine schnelle und genaue Aufzeichnung der manuellen Einstellung er- möglicht und gewährleistet, daß diese Einstellung zu einer be-

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liebigen späteren Zeit sehr schnell reproduziert werden kann. Jede gewünschte Änderung in der Einstellung kann durch Verwendung der manuellen Steuertasten ausgeführt werden, wobei die neuen Einstellungen schnell und genau durch Schreiben des Wortes ÄECORD ausgedruckt werden können.

Die Schreibmaschine, kann zur Einfügung der genauen Bestrahlungszeit benutzt werden, wobei in diesem Falle ein Register benutzt wird, das die gewünschte Bestrahlungszeit, festhält, aber nicht mit dem WORK-Flip-Flop verknüpft ist. Auf diese Weise wird die Bestrahlung erst nach der vollständigen mechanischen Einstellung der Therapieeinheit ausgeführt, und obwohl sie dann automatisch durchgeführt werden kann, stellt sich heraus, daß es üblicherweise für die Bedienungsperson als sicherer betrachtet wird, die Bestrahlung von Hand auszulösen.

Das eigentliche Arbeiten des Systems kann durch Hinzufügung · von Schaltkreisen überwacht oder geprüft werden, welche die mittels der Schreibmaschine eingeschriebenen Zahlen addieren und die Summe mit einer Prüfzahl vergleichen, welche der Behandlungekarte dee Patienten entnommen und eingeschrieben wird. Diese Prüfzahl besitzt im Idealfall genügend Ziffern, um der Summe der Maschineneinstellungen gleich sein zu können. Um die erforderlichen Einrichtungen zu verringern, können auf Kosten der Vollständigkeit der Prüfung einige der Ziffern der

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Summe von Einstellungen außer Acht gelassen werden, iind
die auf der Behandlungskarte des Patienten verwendete Prüfnummer besteht in diesem Falle lediglich aus den nicht gelöschten Ziffern der Summe. Eine derartige Prüfung wird jeden größeren Maschinenfehler zum Vorschein bringen.

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- Patentansprüche

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Claims (14)

- 28 Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Einstellung einer Strahlungsquelle in eine gewünschte Lage bezüglich eines Trägers für einen zu behandelnden Patienten, um die Bestrahlung eines vorgegebenen Körpersteils des Patienten mit Energie von dieser Quelle zu gewährleisten, wobei die Quelle in einem Gehäuse angebracht ist und getrennte Antriebseinrichtungen vorgesehen sind, die im Falle ihrer Zuschaltung eine Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und dem Träger in verschiedenen Richtungen oder Sinnen erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Lagefeststellung vorgesehen sind, um eine Angabe der tatsächlichen relativen Lagen von Gehäuse und Träger zu erhalten, daß Eingangs- oder Eingabeeinrichtungen vorhanden sind, um eine Angabe der gewünschten relativen Lage des Trägers zu erhalten, und daß Steuereinrichtungen vorgesehen sind, denen Signale von den Einrichtungen zur Lagefeststellung und den Eingabeeinrichtungen zugeführt sind und die derart ausgebildet sind, daß die getrennten Antriebeeinrichtungen automatisch in Tätigkeit gesetzt werden, um die gewünschten relativen Lagen zwischen Gehäuse und Träger zu erzeugen*

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen derart ausgebildet sind, daß sie auf alle Antriebseinrichtungen gleichzeitig einwir-

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ken, so daß irgendwelche Fehler in der Einstellung durch
gleichzeitige Betätigung der getrennten Antriebseinrichtungen korrigiert werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, daß die Eingabeeinrichtungen derart ausgebildet sind, daß eine Angabe der gewünschten relativen Lage von Gehäuse
und Träger in digitaler Form erhalten wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Feststellung der Lage dienenden Einrichtungen derart ausgebildet sind, daß eine Angabe der relativen Lagen von Gehäuse und Träger in digitaler Form erhalten wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eegister vorgesehen ist, das zu Beginn eine
Zahl enthält, welche die gewünschten relativen Lagen von Gehäuse und Träger darstellt, und daß die Einrichtungen zur
Feststellung der Lage eine impulserzeugende Einrichtung umfassen, welche durch iinderungen der relativen Lagen gesteuert wird und diese Impulse dem Eegister in der Weise zuführt, daß bei Erreichen der gewünschten Lage eine Anzeige geliefert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichne t, daß das Register derart ausgebildet ist, daß es bis zu

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einer vorgegebenen Zahl zählt, und daß die die gewünschten relativen Stellungen angebende Zahl das Komplement der Zahl von Impulsen ist, die von der impulserzeugenden Einrichtung während der Bewegung zu dieser Stellung erzeugt werden, wobei das Register immer zu der vorgegebenen Zahl lrurückkehrt, wenn die Bewegung zu den gewünschten relativen Lagen beendet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinrichtung aus einer Schreibmaschine besteht, die elektrische Eingangssignale liefert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t, daß die Ausgangseinrichtungen, denen die Ausgangsgrößen von den Einrichtungen zur Lagefeststellung zugeführt sind, derart ausgebildet sind, daß sie bei Betätigung eine Anzeige oder Aufzeichnung der relativen Lagen von Gehäuse und Träger liefern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichn e t, daß die Einrichtung zur Peststellung der Lage ein Register und eine impulserzeugende Einrichtung aufweist, die durch Änderungen der relativen Lagen angetrieben bzw. gesteuert wird, daß das Register auf eine erste vorgegebene Zahl eingestellt werden kann, wenn die sich bewegenden Teile

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eine erste Relativlage einnehmen, daß die impulserzeugende Einrichtung durch Anlegung von Impulsen an das Register diese Impulse algebraisch zur Zähleranzeige in dem Register addiert, so daß der Unterschied zwischen dem Zählerstand in dem Register und der ersten vorgegebenen Zahl die Versetzung der Teile bezüglich der ersten Helativlage angibt, und daß diese Änderung in dem Zählerstand des Registers dazu verwendet wird, die erwähnte Angabe in Digitalform der relativen Lagen von Gehäuse und Träger in der .auge ordnet en Richtung oder dem zugeordneten Sinne zu liefern.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinrichtung ein erstes Register, das

zur Aufnahme der in Digitalform vorliegenden Angabe der gewünschten Relativlage des Trägers in einer der Richtungen ausgebildet ist, und ein zweites Adressenregißter aufweist, das derart ausgebildet ist, daß es diese Digitalangabe einem dritten Register zuführt, das mit den Antriebseinrichtungen verbunden ist, welche dieser speziellen Richtung oder diesem speziellen Sinne zugeordnet sind, und daß die Einrichtungen zur Feststellung der Lage eine impulserzeugende Einrichtung umfassen, die durch itaferungen in den relativen Lagen in dieser Richtung oder diesem Sinne gesteuert win und derart ausgebildet ist, daß ihre Ausgangsimpulse algebraisch zu dem Zählerstand din dem Register addiert werden, wodrch der tatsächliche Zählerstand in dem Register angibt, wann die

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gewünschte Relativeinstellung erreicht ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Register bis zu einer vorgegebenen Zahl zählt und daß die die gewünschten Relativlagen angebende Zahl das Komplement der Anzahl von Impulsen ist, welche durch die impulserzeugende Einrichtung während der Bewegung zu dieser Lage erzeugt werden, wobei das Register stets zu der vorgegebenen Zahl zurückkehrt, wenn die Bewegung zu der gewünschten Relativlage vollendet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangseinrichtungen aus einem Ausgangsschreiber bestehen, der eine ständige Aufzeichnung in Übereinstimmung mit den ihm zugeführten und von den Einstelleinrichtungen abgeleiteten Signalen gewährleistet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabe- und Ausgabeeinrichtungen einen gemeinsamen Leser/-Schreiber verwenden, der im Lesebetrieb, bei dem er elektrische Eingangssignale den Steuereinrichtungen zuführt, und im Schreibbetrieb arbeiten kann, bei dem er eine ständige Aufzeichnung in Übereinstimmung mit den ihm zugeführten und von den Einstelleinrichtungen abgeleiteten elektrischen Signalen gewährleistet.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 13 > dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Leser/Schreiber eine elektrische ^anreißmaschine ist.

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