DE1808501A1 - Vorrichtung zur Begrenzung der Breite eines Strahls im Bestrahlungsgeraet - Google Patents
Vorrichtung zur Begrenzung der Breite eines Strahls im BestrahlungsgeraetInfo
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Description
D-8 MÖNCHEN 60
VAHIAN ASSOCIATES Palo Alto / California V. St. v. Amerika
Vorrichtung zur Begrenzung der Breite eines Strahls im Bestrahlungsgerät
Priorität: 24· November 19^7 Vereinigte Staaten von Amerika
US Serial Number 685 533
Ein Paar Schwermetallbacken mit aufeinander zu weisenden Oberflächen,
die die Breite eines Röntgenstrahls begrenzen, der zwischen
den Backen hindurchläuft. Jede Backe wird von einer Gewindewelle getragen, die senkrecht zur Strahlachse liegt, und einer
Welle, die mit der Gewindewelle einen Winkel bildet. Der Winkel und die Befestigungspunkte zwischen den Backen und Wellen sind so
gewählt, daß die aufeinander zu weisenden Oberflächen jeder Backe im wesentlichen parallel zur Strahlkante gehalten werden, wenn die
Backen bewegt werden, so daß Streustrahlung an den Strahlkanten verringert wird.
Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zur Begrenzung
der Breite von Röntgenstrahlen oder Strahlen aus geladenen Par-
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tikeln zur Verwendung in der Therapie mit energiereichen Röntgenstrahlen,
in der diagnostischen Radiographie, in der Elektronentherapie oder bei anderen Bestrahlungstechniken. Insbesondere betrifft
die Erfindung eine Einrichtung, mit der die Streustrahlung oder Halbschattenstrahlung beseitigt wird, die bei einigen bekannten
• Röntgengeräten an den Strahlkanten vorhanden ist.
Moderne Behandlungsverfahren für Krebs und andere ähnliche Krankheiten
fordern hohe Strahlungsintensitäten für Tiefen-Röntgentherapie.
Es werden deshalb Hochenergiegeräte im Bereich von 4-8 MeV
^r verwendet, um die gewünschte Intensität und Qualität der Strahlung
zu erreichen.
Um effektiv beispielsweise einen tief sitzenden Tumor zu bestrahlen,
sind Techniken, wie Bogentechnik, Mehröffnungstechnik und Patientendrehung, entwickelt worden. Bei jeder dieser Techniken ist bei Verwendung
in Verbindung mit energiereicher Röntgenstrahlung erforderlich, daß die Querschnittsabmessungen des Röntgenstrahl genau kontrollierbar
sind. Nachdem ferner den Gefahren der Streustrahlung
stärkere Aufmerksamkeit geschenkt wird, ist ferner die Forderung aufgetaucht, daß die Strahlkanten scharf begrenzt sind, um die Strahlungsmenge
herabzusetzen, die ausserhalb der gewünschten Strahl- Mk grenzen auftrifft.
Um die Strahlkanten zu begrenzen, sind in bekannten Geräten für energiereiche Röntgenstrahlen grosse und schwere bewegliche Backen
verwendet worden, die paarweise auf gegenüberliegenden Seiten der Röntgenstrahlachse angeordnet waren. Eine solche Vorrichtung ist in
der US-Patentschrift 3 322 950 beschrieben, Die Backen bestehen
üblicherweise aus Blei und sind so bemessen, daß die Dicke des Bleis in Richtung der Röntgenstrahlung ausreicht, die Stärke oder Intensität
der Röntgenstrahlen, die durch den Block hindurchtreten, um einen Paktor von I/IOOO zu schwächen. Eine Bewegung- der Backen erfolgt
im allgemeinen in Richtung auf die Röntgenstrahlachse zu bzw.
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von dieser weg, um die Strahlbreite zu begrenzen.
Um zu gewährleisten, daß der Röntgenstrahl an den Strahlkanten scharf begrenzt ist, oder, anders ausgedrückt, daß die Strahlungsintensität
an der Strahlkante abrupt abfällt, ist es erforderlich, daß die den Strahl begrenzenden Innenflächen der Backen parallel
zu den Strahlkanten liegen. Anders ausgedrückt, die den Strahl begrenzenden
Flächen müssen in Ebenen liegen, die durch das Target oder den Brennfleck hindurchtreten. Wenn die die Strahlkanten begrenzenden
Flächen in das Target schneidenden Ebenen liegen, gehen Röntgenstrahlen in der Nähe der Strahlkante entweder vollständig an
der Backe vorbei und bilden damit einen Teil des gewünschten Strahles oder sie treffen an der stromaufwärtigen Kante auf die Backe
auf und werden dann durch die volle Dicke der Backe geschwächt. Auf diese Weise müssen praktisch alle auf die Backen auftreffenden
Röntgenstrahlen durch die volle Stärke der Backe hindurchlaufen und
werden dadurch um den Faktor von 1/1000 geschwächt.
Um diese Bedingungen über den ganzen Bewegungsbereich der Backen einzuhalten, werden in der bekannten Vorrichtung gekrümmte Führungen
verwendet, die aus Teilen eines Kreises um das Target herum bestehen. An den Backen montierte Rollen laufen in der Führung und
sorgen dafür, daß die den Strahl begrenzenden Oberflächen über den ganzen Bereich der Backenbewegung parallel zu den Strahlkanten bleiben.
Dieses bekannte System arbeitet zufriedenstellend, ist jedoch kompliziert
und aufwendig. Es sind doppelte Führungen erforderlich, um die Backen abzusetzen, weil sich der Rönt^enkopf in einer vertikalen
Ebene um *6J dreht, wenn Bogontherapie oder Mehröffnungrstherapie
verwendet wird. Die Führungen una Rollen Küssen sehr präzise
hergestellt werden, unj die Toleranzen müssen sorgfältig einjustiert
werden, ue eine unerwünschte Verschiebung oder Verschwenkung der
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backen zu verhindern, wenn der Kopf verdreht wird.
Zusammenfassung der Erfindung;
Erfindungsgemäss wird ein neuartiges Gestängesystem dazu verwendet,
die Backen abzustützen und deren Bewegung einzuschränken, so daß die den Strahl begrenzenden, aufeinander zu weisenden Oberflächen
in das Target schneidenden Ebenen liegen. Eine einzige horizontale Welle erstreckt sich zwischen den Backen und weist zwei
mit gegensinnigen Gewinden versehene Teile auf, die als Bewegungsschrauben dienen, um .beide Backen gleichzeitig zu bewegen, wenn die
Welle verdreht wird. Eine zweite'Welle auf jeder Backe ist unter
einem Winkel zu der horizontalen Welle angeordnet. Jede Backe des Paares ist mit einem Schwenkzapfen auf die horizontale Welle montiert,
der mit dem Gewinde kämmt \ind auch eine Schwenkbewegung der
Backe um "eine die Welle schneidende Achse ermöglicht. Ein zweiter
Schwenkzapfen auf jeder Backe wird von der zweiten Welle getragen und erlaubt eine Schwenkbewegung der Backe um eine diese Welle
schneidende Achse und eine lineare Gleichbewegung längs der Welle.
Ein zweiter Satz Backen, der gegen den ersten Satz um 90 verdreht ist, ist in der Nähe dieses ersten Backensatzes um die Strahlachse
herum angeordnet und wird in ähnlicher.Weise betrieben.
Durch geeignete Auswahl der Winkel zwischen den Wellen und der Plätze für die Schwenkzapfen bezüglich der Backen kann dafür gesorgt
werden, daß die einander gegenüberstehenden Flächen der Backen sich im wesentlichen auf Kreisbahnen bewegen,deren Mittelpunkt im
Target liegt.
Durch die Erfindung soll also eine verbesserte Vorrichtung verfügbar
gemacht werden, mit der die Breite eines Strahls einstellbar begrenzt werden kann, wobei gleichzeitig eine Streu- oder Halbschatten-
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bestrahlung an den Strahlkanten wesentlich herabgesetzt wird.
Erfindungsgemäss wird ein neuartiges Gestänge verfügbar gemacht,
das aus zwei festen, nicht parallelen Wellen besteht und das eine Schwermetallbacke bewegt, die in der Nähe der Strahlachse eines
Röntgenstrahls angeordnet ist, und zwar auf die Strahlachse zu oder
von dieser hinweg, während die strahlbegrenzenden Oberflächen der
Backe parallel zur Strahlkante gehalten werden.
Weiter wird durch die Erfindung ein neuartiges Gestänge verfügbar
gemacht, mit dem zwei Schwermetallbacken abgestützt und gleichzeitig auf einen Röntgenstrahl zu oder von diesem weg bewegt werden,
der zwischen den Backen hindurchläuft, während die einander zu weisenden
Oberflächen der Backen parallel zu den Kanten des Strahls gehalten werden, wobei das Gestänge eine Gewindewelle auf jeder
Seite jeder Backe umfasst, mit der die Backen entsprechend einer Verdrehung der Wellen bewegt werden, sowie eine Kupplungseinrichtung
für die Drehung der Wellen.
Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden} es
zeigen:
Fig..1 eine Seitenansicht eines Linearbeschleunigers für Radiotherapie
mit einer neuartigen Strahlbegrenzungseinrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 einen Teilschnitt durch den in Fig. 1 mit der Linie 2-2 umschlossenen
Teil; und
° . Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2.
ca In Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Linearbeschleunigers 1 für
o Radiotherapie dargestellt, der aus einer Hauptbeschleunigersektion
15» einer Elektronenkanone 2 und einem koHinearen Abschluss besteht,
c*> wie er beispielsweise in der US-Patentschrift 3 264 515 beschrieben
ist, einem Strahlbiegeende 3> einem drehbaren Strahlbegrenzungskopf
und einem mit Gegengewicht versehenen Modulatorteil 5. Die Haupt-
ο beschleunigersektion 15 ist so ausgelegt, daß_ sie sich um 360 um
eine horizontale Achse drehen kann, die "beispielsweise 117.cm über
dem Boden liegt. Die Hauptbeschleunigersektion kann in irgendeiner
radialen Lage um die horizontale Achse 6 fixiert werden, um in der dargestellten Weise einen Patienten zu behandeln. Der drehbare
Strahlbegrenzungskopf 4 kann um 3βΟ um eine zentrale Strahlachse
12 verdreht werden und kann leicht in irgendeine gewünschte Position mit Bezug auf den Patienten bewegt werden, beispielsweise die dargestellte
Position.
Ein spezielles Behandlungsbett 8 mit abnehmbaren Radeinheiten ist
vorgesehen, das an einen schwimmenden Tisch 10 angeklemmt oder in anderer geeigneter Weise befestigt wird, der von einer Säule 11
getragen wird, die mit zwei Geschwindigkeiten vertikal bewegt werden kann und die ihrerseits auf einer drehbaren Plattform 13 in
Bodenhöhe montiert ist, die eine Kreisbewegung um die zentrale Strahlachse
12 ausführen kann. Am Bett 8 ist ein geeignetes Tragmaterial 9, beispielsweise dünnes Mylar, befestigt, so daß der Patient vom
Rücken her bestrahlt werden kann, wie dargestellt, ohne daß sich eine Ionisierung aufbaut und schwere Hautreaktionen hervorgerufen werden.
Der schwimmende Tisch 10 ist mit einer Einrichtung versehen, mit der der Patient in der horizontalen Ebene verschoben werden kann.
Es ist leicht zu erkennen, daß die räumlichen Beziehungen zwischen
der horizontalen Drehachse 6 des Beschleunigers, der Zentralachse 12 des Röntgenstrahls und der vertikalen Drehachse 121 der Patiententrageinheit
dafür sorgen, daß sich diese drei Achsen in einem festen Punkt, dem Isocenter 7» schneiden.
Diese Beziehungen erleichtern die Einstellung des Patienten und sorgen für ein Linearbeschleunigersystem zur Radiotherapie, mit dem
Behandlungen im Sinne der Mehrfachöffnungstherapie, der Patientendrehungstherapie
und der Bogentherapie in einer Art und Weise durch-
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geführt werden können, die ausserordentlich vorteilhaft vom
klinischen Standpunkt ist, ebenso wie hinsichtlich des Zeitaufwandes, des Raumaufwandes und des finanziellen Aufwandes.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Begrenzung der Strahlbreite ist in Pig. 2 dargestellt. Ein Röntgentarget 16 wird mit einem nach
unten gerichteten, nicht dargestellten Elektronenstrahl bombardiert, so daß ein nach unten gerichteter Röntgenstrahl erzeugt wird. Ein
Wolframkollimator 18 weist eine konisch geformte Mittelöffnung auf,
durch die der Strahl hindurchtritt, um auf eine Feldabflacheinrichtung 19 und eine Ionisierungskammer 20 aufzutreffen. Die Kammer 20
kann dazu verwendet werden, die gesamte Strahlungsintensität zu messen, während die FeIdabflachungseinrichtung 19 eine gleichförmige
Strahlintensität über den ganzen Strahlquerschnitt fördert.
Vom Rest des Beschleunigers 1 wird mit einem Kugellager 24 eine um
36O verdrehbare, kreisförmige Montageplatte 22 getragen. An der
Platte 22 sind seitliche Tragelemente 26 befestigt und dienen dazu, den Rest der in Fig·. 2 dargestellten Struktur zu tragen. Eine schüsseiförmige
Abdeckung 27 wird mit geeigneten, nicht dargestellten Einrichtungen von den Tragelementen 26 getragen und rotiert mit diesen.
Eine horizontale Tragwelle 28 ist in Kugellagern 32 in einem
Tragarm 30 gelagert, und mit einem Zentranleger 36 in einer Frontdeckplatte
34 (teilweise geschnitten). Der Arm 30 und die Platte 34
sind fest an den seitlichen Tragelementen 26 befestigt.
Die Welle 28 weist zwei mit gegensinnigen Gewinden versehene Teile
35 auf, die als Bewegun,jsschrauben dienen, um zwei untere Schwermetallbacken
38 zu bewegen, wenn die Welle 28 verdreht wird. Wie in
Fig, 2 und 3 dfirgestellt ist, werden die Backen 38 mit unteren
Schwenkzapfen 40 getragen, die aus Tragzapfen 42 und Muttern 44 bestehen,
die auf dem Gewinde der Gewindeteile 36 laufen und mit Endflanschen
46 in den Tragzapfen 42 gehalten werden. Die Backen 38
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haben aufeinander zu weisende Oberflächen 45, die zum Begrenzen
der Strahlbreite dienen.
Die Tragzapfen 42 bestehen jeweils aus einer unteren Schale 48
einer oberen Schale 49, die mit Schrauben 51 an der unteren Schale
48 befestigt ist. Die untere Schale 46 weist( eine Schwenkwelle
auf, die durch eine Zwischenlagscheibe 52 hindurch in eine Aufnahme
54 reicht, die zusammen mit einem Kugellager 56 in einer Backe angeordnet ist. Wenn die Schrauben 5I festgezogen sind, wird die
Mutter 44 daran gehindert, sich zu drehen.
unter einem Winkel angeordnete Tragwellen 58 werden mit Ringankern
60 an ihren äusseren Enden festgehalten, die mit Armen 62 an den seitliehen Tragelementen 26 "befestigt sind« Zwei Yerriegelungsmuttern
64 sorgen für eine Höheneinstellung der ätisseren. Enden, der
Wellen 58» um den, Winkel der Wellen 58 ^u ändern. Die inneren Baden
der Wellen 58 sind in ähnlicher Weise mit ßingankern 66 abgestützt,
die durch die Frontabdeckplatte 54 hindurchreichen.
Wie in Fig. 2 und 5 su erkennen ist, sind die Backen 58 mit oberen
Schwenkzapfen 68 auf den Wellen 58 abgestützt, die aus einer
Zapfenschale JO bestehen, die eine Büchse 72 umfasst^ und einer
Schwenkwelle, die durch eine Zwischenlegscheibe, eise Aufnahme und ein Kugellager hindurchreich-t f ähnlich.wie die unteren Schwenkzapfen
40. ·
Ein zweiter Satz von horizontalen und abgewinkelten Wellen, oberen
und unteren Schwenkzapfen, usw. (nicht dargestellt) ist auf der gegenüberliegende Seite der Backen 58 angeordnet.
Den unteren Backen 38 ähnliche obere Backen 74 sind, zusammen mit
horizontalen Wellen 76 und abgewinkelten Wellen, oberen und unteren
Schwenkzapfen, usw. (nicht dargestellt) gegenüber den Backen 58
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um 90° um die Strahlachse verdreht angeordnet. Ein oberer und
ein unterer Antriebsmechanismus, der dazu verwendet wird, einen der Backensätze einzustellen, besteht aus Antriebskettenrädern
78, freilaufenden Kettenrädern 80 und Antriebsketten 82. Ein Justierrad- 84, das nur am unteren Antriebsmechanismus dargestellt
ist, jedoch auch im oberen Antriebsmechanismus enthalten ist, ist auf einem der freilaufenden Kettenzahnräder 80 vorgesehen, so
daß die Horizontalwellen abgestimmt werden können, wodurch für einen synchrone Bewegung der entsprechenden Backen dadurch gesorgt
wird, daß die Muttern 44 längs der Welle 28 laufen. Venn die Muttern 44 längs der Schraubenwelle 28 laufen, sorgt die sich dadurch
ergebende Bewegung der Backen dafür, daß die Schwenkzapfen 68 längs
der Wellen 58 gleiten.
Im Betrieb wird die Bewegung der unteren Backen 38 zwc Strahlachse
hin oder von dieser hinweg von einer gleichzeitigen Schwenkbewegung der Backen um die Schwenkachsen 86 und 88 der oberen und unteren
Schwenkzapfen 68 bzw. 40 begleitet. Wenn die Backen 38 von der
Strahlachse weg bewegt werden, werden sie auf diese Weise gleichzeitig
in einer solchen Richtung verdreht, daß die unteren Kanten der Backen 38 von der Strahlachse weg gekippt werden.
Durch geeignete Wahl des Winkels zwischen der Horizontalwelle 28 und der abgewinkelten Welle 58, und dem Abstand zwischen den
Schwenkachsen 86 und 88 können die aufeinander zu weisenden Flächen 45 im wesentlichen parallel zu den Strahlkanten gehalten werden,
und zwar über den ganzen Einstellbereich der Strahlbreiten. Mit
anderen Worten, die Flächen 45 bleiben in Ebenen, die die Mitte
der y,uelle 16 im wesentlichen durchschneiden.
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Claims (8)
1. Vorrichtung zur Begrenzung der Breite eines Strahls in Bestrahlungsgeräten um eine Zentralachse, bestehend aus auf
beiden Seiten dieser Zentralachse angeordneten Metallbacken, die auf einander zu weisende Oberflächen aufweisen, die die
Kanten des Strahls begrenzen, wobei wenigstens eine dieser Backen auf die Zentralachse zu oder von dieser weg bewegbar ist,
um die Breite des Strahls innerhalb eines vorgegebenen Bereiches zu verändern, und einer ersten Bewegungseinrichtung, die
mit der bewegbaren Backe verbunden ist, um deren Bewegung derart zu begrenzen, daß die auf die andere Backe zu weisende
Oberfläche innerhalb des vorgegebenen Bereiches im wesentlichen parallel zur durch sie selbst begrenzten Strahlkante gehalten
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtung aus zwei nicht parallelen Tragwellen besteht, eine Schwenkeinrichtung
zwischen die Backe und eine dieser Wellen geschaltet ist, um eine Schwenkbewegung der Backe um eine diese eine Welle
schneidende Achse zu. ermöglichen und eine Linearbewegung der
Backe längs dieser Welle zu erlauben, und eine zweite Schwenkeinrichtung
zwischen die Backe und die andere der beiden Tragwellen geschaltet ist, um eine Schwenkbewegung der Backe um
eine diese andere Welle schneidende Achse zu erlauben und eine Linearbewegung der Backe längs der anderen Welle zu ermöglichen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung,
mit der die Backe längs der Wellen in irgendeine gewählte Position innerhalb des vorgegebenen Bereiches bewegt
werden kann.
- A2 -
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ie? -
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Antriebseinrichtung aus einem Gewinde auf der einen Welle besteht, einer Eingriffseinrichtung an der ersten Schvenkeinrichtung,
die in das Gewinde eingreift und einer Dreheinrichtung für
die Welle, um auf diese Weise die eine Schwenkeinrichtung und die Baeke entsprechend einer Drehung längs der Wellen zu "bewegen.
4* Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 5, bei der eine zweite Backe
auf die Zeatralaohse am oder von dieser weg bewegbar ist, dadurch
gekennzeichnet, daß eine zweite Bewegungseinrichtung mit der
zweiten Baofce verbunden ist, um deren Bewegung zu begrenzen, so
daß deren «ur anderen Backe weisende Fläche innerhalb des vorgegebene»
Bereiches im wesentlichen parallel zur durch sie selbst
begrenzten Strahlkante gehalten wird, und eine Antriebseinrichtung beide Backen gleichzeitig *uf die Zentralachse zu oder von dieser
weg bewegt.
5» Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bewegungseinrichtung aus einer dritten Tragwelle besteht, die unter einem Winkel zu der einen Welle angeordnet ist,
einer dritten Sohwenkeinrichtung, die zwischen die zweite Backe
und die dritte Welle geschaltet ist, und eine Schwenkbewegung der zweiten Baeke üb eine die dritte Welle schneidende Achse ermöglicht,
und eine Linearbewegung der zweiten Backe längs der dritten Welle zulässt, und eine vierte Schwenkeinrichtung zwischen die
zweite Backe und die eine Welle geschaltet ist, um eine Schwenkbewegung der zweiten Backe um eine die eine Welle schneidende
Achse zu ermöglichen und eine Linearbewegung der zweiten Backe längs der ersten Welle zuzulassen, und daß die Antriebseinrichtung
aus zwei Gewinden mit entgegengesetzter Steigung auf der einen Welle besteht und einer Eingriffseinrichtung an der vierten
Schwenkeinrlchtung, die in das zweite Gewinde eingreift,
- A3 -
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18Q8 5Q1
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet,
daß zwei weitere nicht parallele Tragwellen auf der der einen Welle gegenüberliegenden Seite wenigstens einer
Backe angeordnet sind, eine Schwenkeinrichtung zwischen die Backe und eine dieser weiteren Wellen geschaltet ist, um eine
Schwenkbewegung der Backe um eine diese Welle schneidende Achse zu erlauben und eine Linearbewegung der Backe längs dieser Welle
zu ermöglichen, und eine andere Schwenkeinrichtung zwischen die Backe und die andere der weiteren Wellen geschaltet ist, um eine
Drehung der Backe um eine diese andere Welle schneidende Achse zu erlauben und eine Linearbewegung der Backe längs dieser anderen
Welle zu ermöglichen.
7· Vorrichtung nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Drehkupplung die eine Welle und die eine der weiteren Wellen derart kuppelt, daß diese synchron rotieren, wenn eine von beiden
Wellen in Drehung versetzt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkupplung
aus einem Kettenzahnrad auf jeder der beiden Wellen und
einer beide Kettenzahnräder verbindenden Kette besteht.
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1968
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Also Published As
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Legal Events
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---|---|---|---|
SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 |