DE2306719B2 - Bestrahlungsanlage für die Erzeugung von Röntgenstrahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bestrahlungsanlage mit einem Elektronenbeschleuniger, mit einer den Elektronen ausgesetzten Antikathode für die Erzeugung von Röntgenstrahlung, mit einer verstellbaren Röntgenstrahlenblende, mit mindestens einem in den Röntgenstrahlenkegc! einschiebbaren Ausglcichskörper und mit einem Strahlendetektor, der im Bereich des Röntgenstrahlenkegels und in Strahlenrichtung hinter dem jeweiligen Ausgleichskörper angeordnet ist Eine solche Bestrahlungsanlage ist aus der FR-PS 15 93516

s bekannt

Bei Bestrahlungsanlagen zur Erzeugung von Röntgenstrahlung werden ein Elektronenbeschleuniger und eine in den Weg der beschleunigten Elektronen angeordnete, aus einem Schwermetall bestehende

to Antikaiwode verwendet Trägt man bei einer solchen Bestrahlungsanlage die Dosisleistung der Röntgenstrahlung in Abhängigkeit vom Raumwinkel auf, so ist ein Maximum etwa in der Richtung des auf die Antikathode auftreffenden Elektronenstrahls festzustel-

Ii !ea Dieser Teil der Röntgenstrahlung wird zur Bestrahlung ausgenutzt und entsprechend der gewünschten Feldgröße mit einer verstellbaren Röntgenstrahlenblende eingeblendet

Bei den in der Humanmedizin üblichen Abstandsver-

hältnissen und Feldgrößen wird die Abnahme der jeweils applizierten Strahlendosis innerhalb der zu bestrahlenden Fläche mit wachsendem Abstand von der Symmetrieachse des eingeblendeten Strahlenfeldes, vom Zentralstrahl, als störend empfunden. Um gleichmäßige Dosisleistungen Ober die ganze zu bestrahlende Fläche hinweg zu erhalten, ist es durch die FR-PS 15 93516 bekam** einen nach Art eines Kegels geformten Ausgleichskörper in den Röntgenstrahlenkegei einzubringen. Seiner Form zufolge verringert sich dessen Eigenabsorption mit zunehmendem Abstand vom Zentralstrahl im gleichen Maße wie die Dosisleistung. Infolge der unterschiedlichen Schwächung der den Ausgleichskörper in Richtung parallel zu dessen Symmetrieachse durchsetzenden Röntgenstrahlung

» kann hinter dem Ausgleichskörper bei entsprechender Zentrierung desselben ein Röntgenstrahlenkegei erhalten werden, der Ober seinen Querschnitt hinweg stets die gleiche Dosisleistung aufweist Da bei diesem Vorgang die Dosisleistung im Zentrum des Strahlenkegels auf die Werte, die sonst nur am Rand des Strahlenkegels vorherrschen würden, reduziert wird verwendet man bei kleineren zu bestrahlenden Feldgrößen Ausgleichskörper geringeren Durchmessers, die die Dosisleistung nicht so stark herabsetzen. Wird wie bei dieser vorbekannten Bestrahlungsanlage, die Bestrahlung Ober eine im Strahlenkegel hinter dem Ausgleichs· körper angeordnete Ionisationskammer abgeschaltet, so entspricht der Abschaltwert einer ganz bestimmten Ober das Strahtenfeld hinweg gleichen applizierten

% Dosis. Bei solchen Bestrahlungsanlagen kann es aber vorkommen, daß stark überhöhte Strahlendosen appliziert werden, weil ein Ausgleichskörper versehentlich nicht in den Röntgenstrahlenkegei eingeschoben worden ist oder sich relativ zum Zentralstrahl verschoben hat

Durch die deutsche Offenlegungsschrift 22 18 237 ist ein Sicherheitssystem für eine Bestrahlungsvorrichtung bekanntgeworden, das zwei im Strahlenkegel im Abstand hintereinander angeordnete lonisalionskammern besitzt Während die erste Ionisationskammer ungeteilt ist, ist die in Strahlenrichtung zweite Ionisationskammer in vier unabhängige segmentartig unterteilte Meßfelder aufgeteilt Mit dieser Überwachungsvorrichtung ist es möglich, bestimmte, jedoch

*s nicht alle Inhomogenitäten im austretenden Röntgenstrahlenkegei nachzuweisen und die Bestrahlungsanlage bei ihrem Auftreten abzuschalten. Es ist aber eine Eigenart dieses Sicherheitssystems, daß es nur dann

korrekte Aussagen liefert, wenn keine verstellbare Strahlenblende in Strahlenrichtung vor den Ionisationskammern angeordnet ist Wird aber eine solche variable Strahlenblende in Strahlenrichtung hinter den beiden Ionisationskammern angeordnet, so führt das wegen des nunmehr größeren Abstandes von der Strahlenquelle zu einer unerwünscht großen Bautiefe und dadurch bedingt größeren Gewicht des Stiahlerkopfes.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, bei einer Bestrahlungsanlage der eingangs angegebenen Art, FehJbestrahlungen und Oberbestrahlungen zu vermeiden und hierbei auch die Einführung und vorschriftsmäßige Zentrierung der Ausgleichskörper im Röntgenstrahlenkegel zu kontrollieren.

Bei einer Bestrahlungsanlage der eingangs genannten Art ist daher erfindungrgemäß zwecks Lösung der Aufgabe bzw. zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Bestrahlungsanlage ein zweiter Strahlendetektor vorgesehen und sind beide Strahlendetektoren an Überwachungseinrichtungen angeschlossen und im von der Röntgenstrahlenbiende unbeeinfhiSbaren Bereich des Röntgenstrahlenkegels angeordnet, wobei der erste Strahlendetektor zentrisch zum Zentralstrahl und in Strahlenrichtung hinter dem jeweiligen Ausgleichskörper und der zweite seitlich des Zentralstrahls angeord- 2s net ist Eine solche Anordnung von Strahlendetektoren erlaubt es, mit dem ersten im Zentralstrahl angeordneten Strahlendetektor die applizierte Strahlendosis zu ermitteln. Dabei wird die vom zweiten seitlich des Zentralstrahls angeordneten Strahlendetektor ermittel· te Strahlendosts bei vorschriftsmäßig eingesetztem Ausgleichskörper zwangsläufig in einem bestimmten Verhältnis zu der von dem ersten Strahlendetektor ermittelten Strahlendosis stehen. Abweichungen von diesem Verhältnis deuten auf eine fehlerhafte Zentrierung des Ausgleichskörpers zum Zentralstrahl hin.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können beide Strahlendetektoren in Strahlenrichtung vor der Röntgenstrahlenbiende und hinter dem jeweiligen AusgleichsVörper angeordnet sein. Hierdurch wird sichergestellt, daß eine Veränderung der Stellung der Röntgenstrahlenbiende keinen Einfluß auf das Verhältnis der Meßwerte der beiden Strahlendetektoren hat Die Überwachung der korrekten Position des Ausgleichskörpers ist daher auch bei schlitzförmig geöffne- ter oder gar geschlossener Rßntgenstrahlenblende möglich.

Die Betriebssicherheit kann weiter erhöht werden, wenn der erste zentrisch zum Zentralstrahl angeordnete Strahlendetektor in zweckmäßiger Ausgestaltung der so Erfindung kreisscheibenförmig ausgebildet und von dem zweiten Strahlendetektor ringförmig umgeben ist In diesem Fall können Abweichungen des Ausgleichskörpers relativ zum Zentralstrahl wegen der konzentrischen Anordnung des zweiten Strahlendetektors unabhängig von der Richtung dieser Abweichung mit gleicher Empfindlichkeit ermittelt werden.

Ein konstruktiv besonders einfacher Aufbau läßt sich erreichen, wenn in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beide Strahlendetektoren jeweils am Ausgleichskörper befestigt sind. Hierbei wird der Ausgleichskörper dazu verwendet, den für eine ausreichende Röntgenstrahlenempfindlichkeit der Strahlendetektoren notwendigen Aufbaueffekt zu erzielen. Dies bringt den besonderen Vorteil mit sich, daß eine sonst hierfür erforderliche Metallplatte entfallen kann.

Weitere Einzelheit^ der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Es zeigt

F i g. 1 eine Schnittdarstellung einer Bestrahlungsanlage mit fcwei getrennten Strahlendetektoren,

Fi g. 2 eine schaubildliche Darstellung des Steuerpultes der Bestrahlungsanlage,

F i g. 3 eine Schnittdarstellung einer anderen Bestrahlungsanlage, bei der beide Strahlendetektoren am Ausgleichskörper befestigt sind, und

Fig.4 eine schaubildliche Darstellung der beiden Strahtendetektoren der Fig.3 aus der Sicht der Röntgenstrahlenbiende.

In der F i g. 1 ist ein Betatron 1 im Querschnitt gezeigt Zwischen den Polen 2 eines Elektromagneten 3 ist eine Beschleunigungsröhre 4 zu erkennen. Im Innern der Beschleunigungsröhre 4 ist gestrichelt eine Sollbahn 5 dargestellt, auf der die Elektronen durch das Magnetfeld gehalten und beschleunigt werden. Durch eine hier nicht dargestellte bekannte Ablenkvorrichtung werden die beschleunigten Elektronen auf eine aus Schwermetall gefertigte Antikathode 6 gelenkt Die in der Antikathode erzeugte Röntgenstrahlung, die aui Fenster 7 der Beschleunigungsröhre 4 austritt kann durch die Öffnung 8 einer verstellbaren Röntgenstrahienblende 9 hindurch ins Freie austreten und zur Bestrahlung eines Objektes verwendet werden. Zur Veränderung der Streustrahlung ist die Beschleunigungsröhre 4 mit einer Strahlenschutzabschirmung IC versehen. In Strahlenrichtung vor der Röntgenstrahlenbiende 9 ist ein sogenannter Ausgleichskörper II in den Röntgenstrahlenkegel 12 eingeschoben, der für eine gleichmäßige Dosisleistung im Querschnitt des austretenden Röntgenstrahls sorgt Dieser Ausgleichskörper 11 und ein zweiter für ein kleineres Bestrahlungsfeld ausgelegter Ausgleichskörper 13 sind an einem schwenkbar gelagerten zweiarmigen Hebel 14 befestigt und können wahlweise in den Röntgenstrahlenkegel 12 geschwenkt werden. Im Zentralstrahl 15 des aus der Röntgenstrahlenbiende 9 austretenden Röntgenstrahlenkegels ist ein erster kleiner pillenförmiger Strahlendetektor 16 angeordnet Er wird in seinem ganzen Volumen durchstrahlt d. h. er liegt vollkommen im von der Röntgenstrahlenbiende 9 unbeeinflußbaren Bereich des Strahlenkegels 12. Ein zweiter Strahlendetektor 17 befindet sich seitlich des Zentralstrahls in dem Teil des von der Röntgenstrahlenbiende nicht beeinflußbaren Bereichs des Röntgenstrahlenkegels, der in Strahlenrichtung vor der Blende 9 liegt

Die Fig.2 zeigt ein Bedienungspult 18 für das Betatron 1 der Fi g. 1, an dem die Bestrahlungsparameter eingestellt werden können. Unter anderem sind an dem Bedienungspult Schalter 19,20 zur Voreinstellung der Öffnung der Röntgenstrahlenbiende 9 sowie je sin Anzeigeinstrument 2i, 22 für die von den beiden Strantendetektoren 16,17(Fig. 1)gemessene Strahlendosis montiert Ober den beiden Anzeige instrumenten erkennt man eine Alarmanlage 23 mit einem optischen und akustischen Signalgeber 24, 25. Neben der Alarmanlage 23 ist auf dem Schaltpult 18 eine Abschaltautomatik 26 vorgesehen, die das Betatron bei Erreichen einer maximal vorgegebenen Strahlendosis in einem der beiden Strahlendetektoren selbsttätig abschaltet

Die auf der Sollbahn 5 beschleunigten Elektronen werden in hier nicht dargestellter Weise gegen die Antikathode 6 gel ,nkt. Ir der Antikathode wird durch die Abbremsung der Elektronen Röntgenstrahlung erzeugt. Diese Röntgenstrahlung kann infolge der Strahlenschutzabschirmung 10 nur durch die Öffnung 8

der verstellbaren Röntgenstrahlenblende 9 austreten. Die Intensität der von der Antikathode 6 emittierten Röntgenstrahlung weist in Richtung des auf die Antikathode auftreffenden Elektronenstrahls ein Maximum auf. Die Röntgenstrahlenblende 9 ist zu diesem Maximum der Dosisleistung zentriert. Der aus der Röntgenstrahlenblende austretende Zentralstrahl IS fällt daher mit diesem Maximum zusammen.

Um zu vermeiden, daß bei der Bestrahlung größerer Felder jene Flächenelemente des Bestrahlungsfeldes mit weniger Röntgenstrahlung beaufschlagt werden, die weiter vom Zentralstrahl entfernt sind, d. h. um eine gleichmäßige Bestrahlung größerer Flächenelemente zu ermöglichen, werden in den Röntgenstrahlenkegel 12 sogenannte Ausgleichskörper 11, 13 eingeschoben. Diese kegelförmigen Ausgleichskörper weisen in ihrem Zentrum eine größere Röntgenstrahlabsorption auf als in uhren Randbereichen. Ihre Form ist der Verteilung der Dosisleistung über die entsprechenden Raumwinkelbereiche des Röntgenstrahlenkegels des jeweiligen Beschleunigers so angepaßt, daß der den Ausgleichskörper passierende und aus der Röntgenstrahlenblende austretende Röntgenstrahlenkegel 12 in dem durch den Durchmesser des Ausgleichskörpers vorgegebenen maximalen öffnungswinkel gleiche Dosisleistung je Raumwinkeleinheit aufweist. Daraus folgt, daß eine exakte Zentrierung der Ausgleichskörper 11, 13 zum Zentralstrahl 15 unbedingt erforderlich ist. Da Ausgleichskörper 11, die größere öffnungswinkel des Röntgenstrahlenkegels ausgleichen miLien, zwangsweise auch den Zentralstrahl IS entsprechend der geringeren Intensität der Randstrahlung stärker schwächen müssen, ist auch die Intensität des Röntgenstrahlenkegels hinter einem solchen größeren Ausgleichskörper 11 schwächer als hinter einem kleineren Ausgleichskörper 13, der nur einen kleineren öffnungswinkel des Röntgenstrahlenkegels ausgleichen muß. Um daher bei kleineren Öffnungswinkeln keinen zu großen Intensitätsverlust hinnehmen zu müssen, verwendet man für solche Fälle auch Ausgleichskörper mit kleinerem Durchmesser, die man bei der Vorwahl der entsprechend kleinen Blendenöffnung 8 in den Röntgenstrahlenkegel einschwenkt.

Bei richtig, d. h. zum Zentralstrahl 15 zentriert eingesetztem Ausgleichskörper, müssen die von den beiden Strahlendetektoren 16, 17 gemessenen Dosisleistungen in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander stehen, das für jeden der verwendeten Ausgleichskörper 11, 13 spezifisch ist Ein hier nicht dargestellter Differenzverstärker, über den die beiden Strahlendetektoren 16,17 an die Alarmanlage 23 angeschlossen sind, wird zu diesem Zweck beim Einschwenken des jeweiligen Ausgleichskörpers entsprechend umgeschaltet Die Alarmanlage 23 spricht also nur an, wenn das Verhältnis der gemessenen Strahlendosis von dem durch den jeweiligen Ausgleichskörper 11,13 vorgegebenen Wert abweicht Nach Erreichen der vom Arzt vorgegebenen maximalen Strahlendosis wird die Bestrahlungsanlage mit Hilfe einer an sich bekannten Abschaltautomatik 26 durch den ersten im Zentralstrahl angeordneten Strahlendetektor 16 abgeschaltet Wenn kein Ausgleichskörper in den Röntgenstrahlenkegel eingeschoben worden ist ein falscher Ausgleichskörper eingeschoben worden ist oder der Ausgleichskörper nur unvollständig eingeschoben worden ist, so empfängt der im Zentralstrahl 15 angeordnete Strahlendetektor 16 im Verhältnis zu dem seitlich des Zentralstrahls angeordneten Strahlendetektor 17 eine je Zeiteinheit größere Strahlungsdosis. Infolgedessen wird die Bestrahlungsanlage durch den Strahlendetektor 16, der im Zentralstrahl 15 liegt, auch im Fall der genannten Betriebsstörungen rechtzeitig abgeschaltet Unabhängig davon löst in ■> einem solchen Fall der Differenzverstärker die Alarmanlage 23 aus. Auf diese Weise wird jede Gefahr für den Patienten abgewendet

Während beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die Röntgenstrahlenblende 9 mindestens so weit geöffnet

ίο bleiben muß, daß der im Zentralstrahl 15 angeordnete Strahlendetektor 16 der Röntgenstrahlung voll ausgesetzt bleibt, ist dies bei dem in den F i g. 3 und 4 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel einer weiteren verbesserten Anordnung der Strahlcndctcktorcn nicht mehr

i^r> erforderlich. Ähnlich, wie bereits am Ausführungsbeispiel der F i g. 1 gezeigt können auch hier in Abhängigkeit von den gewählten Bestrahlungsparametern verschiedene Ausgleichskörper 27 (nur einer dargestellt) in den Röntgenstrahlenkegel 28 zwischen dem Fenster 29 der Beschleunigungsröhre 30 und der öffnung 31 der Röntgenstrahlenblende 32 eingeschoben werden. Im Ausführungsbeispiel der Fig.3 sind die beiden Strahlendetektoren 33,34 aber abweichend vom Ausfühningsbeispiel der Fig. I direkt am jeweiligen Ausgleichskörper 27 befestigt. Sie befinden sich daher beide in Strahlenrichtung gesehen vor der Röntgenstrahlenblende 32. In der Fig.4, die die beiden Strahleudetektoren 33, 34 der F i g. 3 aus der Sicht der Röntgenstrahlenblende 32 zeigt, erkennt man, daß der im Zentraistrahl 36 angeordnete erste Strahlendetektor 33 die Form einer Kreisscheibe hat und von dem zweiten seitlich des Zentralstrahls angeordneten Strahlendetektor 34 ringförmig umgeben ist. Der erste und der zweite Strahlendetektor haben jeweils gleich große, der Antikathode 37 zugewandte Flächen und sind gleichermaßen gegen Röntgenstrahlen empfindlich.

Bei richtiger Positionierung des jeweiligen Ausgleichskörpers 27 sind im Ausführungsbeispiel der F i g. 3 zwangsläufig auch die beiden Strahlendetektoren 33, 34 richtig positioniert. Infolge der gleich großen Fläche der beiden Strahlendetektoren müssen sie stets gleich große Meßsignale abgeben und werden die ihnen zugeordneten Anzeigeinstrumente 21, 22 auf dem Bedienungspult 18 auch gleich große Ausschläge aufweisen. Dies erleichtert die Kontrolle nicht unbeträchtlich. Die Meßsignale der beiden Strahlendetektoren 33, 34 können daher auch ohne jede Umschaltung über einen fest eingestellten Differenzverstärker der Alarmanlage 23 (Fig.2) zugeleitet werden. Wird bei

so einer solchen Anordnung der StrahlendetektorfT der Ausgleichskörper infolge eines Fehlers exzentrisch zum Zentralstrahl 36 positioniert, so gilt das zwangsläufig auch für die beiden am Ausgleichskörper befestigten Strahlendetektoren. Der leistungsstärkere Zentralstrahl wird in einem solchen Fall die weniger stark absorbierenden Randbereiche des Ausgleichskörpers durchsetzen und in dem zweiten, ringförmigen Strahlendetektor 34 ein relativ größeres Meßsignal erzeugen. Das Meßsignal des ersten zentrisch zum Ausgleichskörper 27 angeordneten Strahlendetektors 33 wird wegen der in diesem Bereich größeren Absorption des Ausgleichskörpers und wegen der ihn nunmehr durchsetzenden schwächeren Röntgenstrahlung seitlich des Zentralstrahls 36 ein geringeres Meßsignal erzenes gen. Beide Einflösse überlagern sich und ergeben insgesamt eine sehr große Empfindlichkeit der in F i g. 3 gezeigten Anordnung.

Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen wäre es

auch möglich, die Abschaltautomatik 25 /usat/iich auch an den Ausgang des Differenzverstärkers an/uschlie Ben. In diesem Fall würde die Bestrahlungsanlage bei nicrii oder bei nicht richtig eingeschobenem Ausgleichskörper unmittelbar nach ihrem Einschalten auch wiedi■■ ausgeschaltet werden.

Hiemi I Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche;

1. Bestrahlungsanlage mit einem Elektronenbeschleuniger, mit einer den Elektronen ausgesetzten Antikathode für die Erzeugung von Röntgenstrahlung, mit einer verstellbaren Röntgenstrahlenblende, mit mindestens einem in den Röntgenstrahlenkegei einschiebbaren Ausgleichskörper und mit einem Strahlendetektor, der im Bereich des Röntgenstrahlenkegels und in Strahlenrichtung hinter dem jeweiligen Ausgleichskörper angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Bestrahlungsanlage ein zweiter Strahlendetektor (17,34) vorgesehen ist, daß beide Strahlendetektoren (16, 17, 33, 34) an Überwachungseinrichtungen (21, 22, 23, 26) angeschlossen sind und sich im von der Röntgenstrahlenblende (9, 32) unbeeinflußbaren Bereich des Röntgenstrahlenkegels (12, 28) befinden, wobei der erste St^hlendetektor (16, 33) zentrisch zum Zentralst» shl (15,36) und in Strahlenrichtung hinter dem jeweiligen Ausgleichskörper (11,13,27) und der zweite (17,34) seitlich des Zentralstrahls angeordnet ist

2. Bestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Strahlendetektoren (33, 34) in Strahlenrichtung vor der Röntgenstrahlenblende (32) und hinter dem jeweiligen Ausgleichskörper (27) angeordnet sind.

3. Bestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste zentrisch zum Zentralstrahl (36) angeordnete Strahlendetektor (33) kreisscheibenförmig ausgebildet und von dem zweiten Strahlendetektor (34) ringförmig umgeben ist

4. Bestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Strahlendetektoren (33, 34) jeweils am Ausgleichskörper (27) befestigt sind.

5. Bestrahlungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Strahlendetektor (33, 34) jeweils gleich empfindlich gegenüber Röntgenstrahlung und ihre der Antikathode (37) zugewandten Oberflächen gleich groß sind.

6. Bestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlendetektoren (16, 17, 33,34) an je einem Anzeigeinstrument (21, 22) for die Strahlendosis angeschlossen sind

7. Bestrahlungsanlage nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlendetektoren (16, 17, 33, 34) an einer Abschaltautomatik (26) angeschlossen sind.

8. Bestrahlungsanlage nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlendetektoren (16, 17, 33, 34) Ober einen Differenzverstärker an einer Alarmanlage (23) angeschlossen sind

9. Bestrahlungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschaltautomatik (26) an der Alarmanlage (23) angeschlossen ist.