DE2525406A1

DE2525406A1 - Verfahren und anordnung zum zentrieren eines abgelenkten buendels einer ionisierenden strahlung

Info

Publication number: DE2525406A1
Application number: DE19752525406
Authority: DE
Inventors: Jean Noel Bourlier; Rene Boux
Original assignee: CGR MEV SA
Current assignee: CGR MEV SA
Priority date: 1974-06-07
Filing date: 1975-06-06
Publication date: 1975-12-18
Also published as: GB1507322A; US3975640A; FR2274122A1; FR2274122B1; CA1041228A; JPS5116981A

Description

Dipl.-Ing. Egon Prlnx

Dr. Gertrud Houser π-βοοο Mcn.-b« 6o. 6. Juni 1975 Dipl.-Ing. Gottfried Leiser ΐ»*«.«.ι..β.«

PotentcnwäUe 2 5 2 5 4 06

Telegramm·! labyrinth München

Telefon: 8315 10

Telex! 5212 226 pfhJ d Pcatjdiedfanto: München 117078-800 Bank: Deubdw Bank. München 66/05000

C.G.R.-MeV

13, square Max-Hytnans

75015 PARIS /Prankreich

Unser Zeichen: C 3054

Verfahren und Anordnung zum Zentrieren eines abgelenkten Bündels einer ionisierenden Strahlung

Die Erfindung bezieht sioh auf ein Verfahren zum Zentrieren eines abgelenkten Bündels einer ionisierenden Strahlung in Bezug auf ein Objekt mit vorbestimmter Lage, sowie auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Wenn ein Bestrahlungsbündel einen kleinen Durchmesser gegen die zu bestrahlende Oberfläche hat, kann man diese Oberfläche mit dem Bündel durch Ablenkung abtasten, doch ist in diesem Fall die Zentrierung des Bündels in Bezug auf das Objekt oder die zu bestrahlende Zone nicht ohne weiteres möglich, und eine mangelhafte Zentrierung ergibt eine inhomogene Bestrahlung, was schwerwiegende Nachteile zur Folge haben kann, wenn beispielsweise das Bündel bei der Bestrahlungstherapie verwendet wird.

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Die Intensität einer ionisierenden Strahlung kann mit Hilfe von Ionisationskammern gemessen werden, die mit Elektroden ausgestattet sind, die in mehrere Elemente unterteilt sind, wodurch es gleichzeitig möglich ist, die Homogenität des ionisierenden Strahlungsbündels und auch seine Zentrierung zu messen. Im allgemeinen sind die Abmessungen des ionisierenden Strahlungsbündels im wesentlichen gleich den Abmessungen der zu bestrahlenden Zone, und die Oberfläche der Elektroden hat sehr ähnliche Abmessungen.

Wenn jedoch die Abmessungen des Bündels beträchtlich kleiner als diejenigen der zu bestrahlenden Zone sind und mit einer Ablenkung des Bündels gearbeitet werden muß, kann die Kontrolle der Zentrierung eines solchen Bündels in Bezug auf das Objekt mit Hilfe eines Galvanometers erfolgen, dessen Lichtpunkt der Auslenkung des Bündels folgt. Da aber dieser Lichtpunkt dauernd oszilliert, kann der Mittelpunkt dieser oszillierenden Bewegung, der eine Versetzung gegen den Mittelpunkt des Objekts hat, wenn das Ablenkbündel nicht richtig zentriert ist, nur schwierig ermittelt werden. Eine solche Kontrollmaßnahtne ist daher ungenau.

Aufgabe der Erfindung ist die Scheffung eines Verfahrens, das die Zentrierung des Ablenkbündels mit ausgezeichneter Präzision ermöglicht, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Nach der Erfindung ist ein Verfahren zum Zentrieren eines abgelenkten Bündels einer ionisierenden Strahlung, das einer Ablenksteuerspannung V^ in einer bestimmten Ebene ausgesetzt ist, in Bezug auf ein Objekt mit vorbestitaater

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Lage, unter Verwendung von wenigstens einer Ionisationskammer, die mit einer Elektrode ausgestattet ist, die in 2n elektrisch leitende Elemente unterteilt ist (n = ganze Zahl>1), die symmetrisch in Bezug auf eine senkrecht zu der betreffenden Ablenkebene liegende Achse angeordnet Bind, welche die Elektrode in zwei gleiche Teile unterteilt, wobei zwei benachbarte Elemente voneinander durch einen isolierenden Streifen getrennt sind und die Gesamtheit der auf einer Seite der Achse angeordneten Elemente einen Ionenstrom i-, und die Gesamtheit der auf der anderen Seite der Achse angeordneten Elemente einen lonenstrom i empfängt, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

- Verstärkung der Differenz der Spannungen v-, - ν , die den Ionenströmen i^ bzw. i entsprechen, die von der Elektrode aufgefangen werden, wodurch das Signal Vr, = k(v,-v ) erhalten wird;

- Vergleich des Signals Vg mit Schwellenspannungen -v und +v_;

- Vergleich der Ablenksteuerspannung V-g des Bündels mit Schwellenspannungen -ν_Ή und

Feststellung entweder eines Signals V , das dem folgen den Wertepaar entspricht:

oder eines Signals V , das dem folgenden Wertepaar entspricht:

^VB > ^+vb
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wobei die festgestellten Signale V oder Y die Richtung und die Amplitude der Dezentrierung des Ablenkbündels in Bezug auf die Achse XX der Elektrode anzeigen;

- Korrektur der Ablenkbahn des Bündels entsprechend dem festgestellten Signal V bzw. V .

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch wenigstens ein Fehlerkontrollsystetn und Korrektureinrichtungen, wobei jedes Fehlerkontrollsystem wenigstens enthält:

- einen Verstärker, der ein Signal Vg liefert, das der Differenz der Spannungen v, und ν entspricht, die von den Ionenströ'men i-, bzw. i geliefert v/erden;

- zwei Komparatoren zum Vergleich des verstärkten Signals V = k(v,-v ) mit Schwellenspannungen -v und +ν , wobei der eine Komparator das Signal Vg > +v abgibt und der andere Komparator das Signal Vg < ~^v _e abgibt;

- zwei Komparatoren zum Vergleich der Ablenkspannung Vg des Bündels mit Sohwellenspannungen -v, und +ν, , wobei die Komparatoren die folgenden Signale abgeben:

⁷B < ~^vb
⁷B > ^+Vb

- eine Ünd-Schaltung, die ein Signal V abgibt, das dem folgenden Wertepaar entspricht:

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eine Und-Schaltung, die ein Signal Y abgibt, das dem folgenden Wertepaar entspricht:

V >+v,

Jj D

und daß die Korrektureinrichtungen, welche die Ablenksteuerspannung V-o des Bündels ändern, durch eines der Signale Y bzw. V gesteuert werden.

Weitere Merkmale und Torteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Elektrode zur Kontrolle der Zentrierung eines Ablenkbündels in der Ablenkebene, die bei der erfindungsgeraäßen Anordnung verwendet werden kann,

2 Diagramme der gleichzeitigen zeitlichen Änderungen des Ablenksteuerstroms des Bündels und des an den Elementen einer Elektrode einer Ionisationskammer gemessenen Ionenstroms,

Pig. 3 eine schematische Darstellung einer Zentrieranordnung nach der Erfindung,

Pig. 4 das Schaltbild eines Bestandteils der Zentrieranordnung nach der Erfindung,

Pig. 5 eine andere Ausführungsform der Erfindung zur Kontrolle der Zentrierung bei einer zweidimensionalen Ablenkung und

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Pig. 6 eine weitere Ausführungsforra der Anordnung nach der Erfindung zur Kontrolle einer zweidimensionalen Ablenkung.

Pig. 1 zeigt eine Elektrode E, wie sie in einer Ionisationskammer verwendet wird, welche die .kontrolle der Zentrierung, der Intensität und der Homogenität eines einer Ablenkbewegung unterworfenen Bündels P einer ionisierenden Strahlung ermöglicht. Diese Elektrode E besteht aus zwei elektrisch üßitenden Elementen e^ und. e , die voneinander durch einen isolierenden Streifen b. getrennt sind, der entlang einer Achse XX verläuft, welche die Elektrode E in zwei gleiche Teile unterteilt. Die Achse XX steht senkrecht zu der Ablenkebene.

Wenn das Ablenkbündel P in Bezug auf die Elektrode E richtig zentriert ist, entspricht die mittlere Bahn des Bündels, die für eine Ablenksteuerspannung V„ des Viertes Null erhalten wird, einer Differenz v, - ν =0, wenn mit v^ und ν die Spannungen bezeichnet werden, welche den vom Element e. bzw. vom Element e aufgefangenen Strömen i, bzw. i entsprechen.

Wenn einer Ablenksteuerspannung 7-n ein von Null verschiedener Wert der Differenz i. - i entspricht, liegt das Bündel exzentrisch in Bezug auf die Elektrode E, also auch in Bezug auf das zu bestrahlende Objekt, dessen Achse mit der senkrecht zur Elektrode durch deren Mittelpunkt gehenden Achse AA zusammenfällt.

Pig. 2 zeigt ein Beispiel der gleichzeitigen Änderungen des Ablenksteuerstroms 1~. und der an den Elementen e, und

±5 U.

e der Elektrode E gemessenen Ströme i-, und i als Punktion

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der Zeit. Bei dem dargestellten Beispiel ist die Ablenkst euer spannung V-g eine symmetrische Sägezahnspannung, was sich für die Steuerung eines Elektromagnets gut eignet, doch können natürlich auch andere Ablenkarten angewendet werden. Fig. 2 entspricht dem Fall, daß das Bündel F zua linken Elektrodeneloment e hin exzentrisch liegt.

Die in Fig. 3 dargestellte Zentrieranordnung ermöglicht es, die Richtung und die Amplitude des Zentrierungsfehlers mit großer Präzision zu bestimmen und diesen Fehler entweder von Hand oder automatisch zu korrigieren.

Diese Zentrieranordnung enthält ein Fehlerkontrollsystem M, das auf dem folgenden Prinzip beruht:

Die Verstärkte Differenz V„ der Spannungen v, und ν . die

üi Qg

den an den Elementen e-, und e der Elektrode E aufgefangenen Strömen i, und i entsprechen, wird mit Schwellenspannungen +v und ~v_ verglichen, die das Rauschen berücksichtigen.

Gleichzeitig wird die Ablenkspannung V-g mit Schwellenspannüngen -v, und +v, verglichen, die das Rauschen berücksichtigen. Der Zustand V-g < -v, entspricht beispielsweise einer Ablenkung nach links, und der Zustand V^ > +v, einer Ablenkung nach rechts. Eine erste Und-Schaltung überträgt ein Signal Y , wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:

^VE>

was dem Zustand v,>v (Bündel rechts) entspricht, während die Bahn des Bündels links von der mittleren Bahn liegt

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(ν_Β<-ν-^). Die Peststellung des Signals V zeigt also an, daß das Bündel nach rechts exzentrisch liegt und daher eine Korrektur nach links erforderlich ist. Eine zweite Und-Schaltung gibt ein Signal V ab, das dem folgenden Wertepaar entspricht:

^VE < ~^ve
^VB ^>+Vb

Die Peststellung des Signals V zeigt an, daß eine Korrektur des Bündels nach rechts erforderlich ist. Diese Korrekturen können automatisch erfolgen.

Das Pehlerkontrollsystem der in Pig. 3 gezeigten Zentrieranordnung enthält einen Differenzverstärker A., dem Widerstände r.. und r₂ zugeordnet sind, und der ein verstärktes Signal Yg der Differenz v. - ν liefert.

Zwei Komparatoren B^ und B₂ vergleichen dieses Signal Y^, mit Schwellenspannungen -v und +v , bestimmen also die

e e

Lage des Bündels P in Bezug auf die Achse XX der Elektrode E.

Zwei weitere Komparatoren C-. und C₂ vergleichen gleichzeitig die Ablenksteuerspannung Y^ mit Schwellenspannungen -v, und +v, , bestimmen also die Richtung der Ablenksteuerspannung V_n.

Die Komparatoren B.. und C₁ sind mit einer Und-Schaltung P verbunden, der eine Diode D nachgeschaltet ist, die das Signal V überträgt, das den folgenden Werten entspricht:

Ir
■η ^ ι V _ UiiU V ^-* ^ifc V -i

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Die Komparatoren B₂ und C₂ sind rait einer Und-Schaltung P_n verbunden, der eine Diode D nachgeschaltet ist, die das Signal V überträgt, das den folgenden Werten entspricht:

^VE <- ^ve ^{und V}B ^{>+ v}b

Das von einer der DiodenD (bzw. D ) übertragene Signal V (bzw. V) wird dann beispielsweise über einen Differenzverstärker A., dem Widerstände R,, R., R₁- und eine Kapazität C. zugeordnet sind, zu den Klemmen eines Galvanometers G übertragen, so daß die Lage des Lichtpunktes des Galvanometers G die Richtung und die Amplitude der durchzuführenden Korrektur anzeigt. Diese Korrektur kann von Hand erfolgen, oder auch automatisch mit Hilfe eines Integrators I der in Fig. 4 gezeigten Art; dieser Integrator I steuert ein Korrektursystem J für die Korrektur der Ablenksteuerspannung V-g des Bündels P.

Das anhand von Pig. 1, 2 und 3 erläuterte Beispiel bezieht sich auf die Zentrierung eines Ablenkbündels P, dessen Bahnen in einer Ebene enthalten sind. Die Zentrierung erfolgt in Bezug auf eine senkrecht zu dieser Ebene stehende Achse XX.

Mit der beschriebenen Anordnung ist es aber auch möglich, das Bündel in Bezug auf zwei Achsen zu zentrieren, die einen bestimmten Winkel θ miteinander bilden (beispielsweise zwei zueinander senkrechte Achsen). Man kann in diesem Pail eine Elektrode Eq verwenden, die in vier Elemente e.., e₂, e~, e, unterteilt ist, wie in Pig. 5 gezeigt ,ist, oder zwei Elektroden E.J und E₂ (Pig. 6), von denen jede in zwei Elemente e^ e^₂ bzw. epi» e₂₂ unterteilt ist, wobei die Achse X^X^, welche die beiden Elemente e^, e₁₂ der Elektrode E^ voneinander trennt, in dem betreffenden Winkel θ (beispielsweise 90°) zu der Achse X₂X₂ liegt, welche die beiden Elemente e₂^, e₂₂ der Elektrode E₂ voneinander trennt.

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Die in Pig. 5 gezeigte Zentrierungskontrollanordnung, die der Elektrode Sq zugeordnet ist, hat zwei gleiche Fehlerkontrollsysteme M₁ und M₂ der in Fig. 3 dargestellten und zuvor beschriebenen Art. Von den Elektrodeneleraenten e.. und e_? werden Ströme I₁ und i₂ aufgefangen, für die gilt:

I₁ + I₂ = i_d1

In gleicher Weise v/erden an den Elektroden e~ und e, Ströme i, und i, aufgefangen, für die gilt:

I₃ + I₄ - i_g1

Die Ströne i_d1 und i ₁ werden dem Fehlerkontrollsystera M₁ zugeführt, das die Kontrolle der Zentrierung des Bündels i' in Bezug auf die Achse X₁X₁ ermöglicht, welche die Elektrodenelemente β.,, e₂ von den Elektrodeneleraenten e,, e, trennt.

In analoger Weise werden Ströme i^₂ und i ₂, Vielehe die folgenden Werte haben:

i_g2 = I₁ + I₄

dem Fehlerkontrollsystem M₂ zugeführt, das die Kontrolle der Zentrierung des Bündels F in Bezug auf eine Achse X₂X₂ ermöglicht, die senkrecht zu der Achse X₁X₁ steht (oder im allgemeinen Fall einen Winkel θ mit dieser Achse einschließt) die Ablenkung des Bündels ΊΡ erfolgt in zwei Ebenen, die zueinander senkrecht stehen (oder einen Winkel O miteinander einschließen) und deren Schnittlinien mit der Elektrode E_Q mit den Achsen X-jX-j bzw. X₂X₂ zusammenfallen.

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In analoger Weise sind die Elektroden E und E_ von Fig. 6 zwei gleichen Fehlerkontrollsystetnen M. und M₂ zugeordnet.

Die beiden Fehlerkontrollsysteme I-L und M₂ liefern jeweils Signale V_pM1 (oder V^₁) bzw. V_pM2 (oder V₃₃₁₁₂), die zur Regelung der Ablenkst euer spannungen V™,., und V_BM2 dienen, beispielsweise mit Hilfe automatischer Korrekturanordnungen J^ und J₂.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Zentrieren eines abgelenkten Bündels einer ionisierenden Strahlung, das einer Ablenksteuerspa.nnung Vg in einer bestimmten Ebene ausgesetzt ist, in Bezug auf ein Objekt mit vorbestimmter Lage, unter Verwendung von wenigstens einer Ionisationskammer, die mit einer Elektrode ausgestattet ist, die in 2n elektrisch leitende Elemente unterteilt ist (n = ganze Zahl^i), die symmetrisch in Bezug auf eine senkrecht zu der betreffenden Ablenkebene liegende Achse angeordnet ist, welche die Elektrode in zwei gleiche Teile unterteilt, wobei zwei benachbarte Elemente voneinander durch einen isolierenden Streifen getrennt sind und die Gesamtheit der auf einer Seite der Achse angeordneten Elemente einen Ionenstrom i, und die Gesamtheit der auf der

anderen Seite der Achse angeordneten Elemente einen Ionenstrom i empfang
fahrensschritte:

strom i empfängt, gekennzeichnet durch die folgenden Ver-

Verstärkung der Differenz der Spannung v, - ν ₉ die den Ionenströmen i^bzw. i entsprechen, die von der Elektrode aufgefangen werden, wodurch das Signal V_E = k(v^-v ) erhalten wird;

Vergleich des Signals Vg mit Schwellenspannungen -v und

Vergleich der Ablenksteuerspannung Vg des Bündels mit Schwellenspannungen -v, und +v-^;

Feststellung entweder eines Signals V , das dem folgenden Wertepaar entspricht:

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oder eines Signals V_n, das dem folgenden Wertepaar entspricht :

^VB ^>+vb

wobei die festgestellten Signale V oder Y die Richtung and die Amplitude der Dezentrierung des Ablenkbündels in Bezug auf die Achse XX der Elektrode anzeigen;

- Korrektur der Ablenkbahn des Bündels entsprechend dem festgestellten Signal Y bzw. V .

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch v/enigstens ein Fehlerkontrollsystera und Korrektureinrichtungen, wobei jedes Fehlerkontrollsyrtem wenigstens enthält:

- einen Verstärker (A..), der ein Signal Y_E liefert, das der Differenz der Spannungen v-, und ν entspricht, die von den Ionenströmen i, bzw. i geliefert v/erden;

- zwei Kotnparatoren (B.., B₂) zum Vergleich des verstärkten Signals V_v = k(v,-v ) mit Schwellenspannungen -v und +ν , wobei der eine Komparator (B₁) das Signal V_>+v abgibt

ι jii e

und der andere Komparator (B₀) das Signal Y„<-v abgibt;

- zwei Komparatoren (C., G_?) zum Vergleich der Ablenkspannung V-Q des Bündels mit Sohwellenspannungen —v, und +ν, , wobei die Komparatoren (G^, C₂) die folgenden Signale abgeben:

^VB ^>+Vb

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eine Und-Sοhaltung (£_)» die ein Signal Y abgibt, das dem folgenden Wertepaar entspricht:

- eine Und-Schaltung (^_n) > die ein Signal V abgibt, das dem folgenden tfertepaar entspricht:

^VE < "^ve

^VB > ^+Vb

und daß die Korrektureinrichtungen, welche die Ablenksteuerspannung V_B des Bündels ändern, durch eines der Signale V bzw. V gesteuert werden.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontrolle der Zentrierung des Bündels in Bezug auf den aa Schnittpunkt von zwei Achsen liegenden Mittelpunkt der Elektrode vier (2 η = 4) Elemente vorgesehen sind, die paarweise symmetrisch in Bezug auf zwei Achsen angeordnet sind, die miteinander einen Winkel θ bilden, daß die in Bezug auf die eine Achse symmetrischen Elemente paarweise zu einem Elektrodensystem und die in Bezug auf die andere Achse symmetrischen Elemente paarweise zu einem weiteren Elektrodensystem zusammengefaßt sind, und daß jedem Elektrodensystem ein Eehlerkontrollsystem zugeordnet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihr eine Ionisationskammer zugeordnet ist, die mit einer in vier Elemente (e., e₂, e,, e.) unterteilten Elektrode ausgestattet ist, daß die Spannungen Cv^₁ bzw. ν .), die den von dem einen Elektrodensystem (e^, e₂ bzw. e-^, e.) aufgefangenen Strömen (i,. bzw. I₁) entsprechen, einem ersten Fehlerkontrollsystem (M-]) zugeführt werden, und daß die Spannungen

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ν ρ), die den von dem anderen Elektrodensystem (e.., e-z bzw. e₂, e.) aufgefangenen Strömen (i_d2 *>^zw· i ρ^ entsprechen, einem zweiten Pehlerkontrollsystem (Mp) zugeführt werden.

Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihr eine erste Ionisationskammer zugeordnet ist, die mit einer Elektrode E₁ ausgestattet ist, die in zwei Elemente Ce₁₁, e_1?) unterteilt ist, die zu beiden Seiten einer Achse (X₁X₁ angeordnet sind, und eine zv/eite Ionisationskammer, die mit einer Elektrode {E^) ausgestattet ist, die in zwei Elemente Ce₂₁, Sp₂) unterteilt ist, die zu beiden Seiten einer Achse (X₂X₂) angeordnet sind, daß die von den beiden Elementen (6-1-j> ^ei2^ ^^{er ersi;en} Elektrode (E₁) gelieferten Spannungen (Vj₁, V₁) einem ersten Fehlerkontrollsystcm (M₁ zugeführt werden, das ein Fehlersignal (V__M1 bzw. V-M₁) liefert, und daß die von den Elementen (e₂₁, ^₂₂) der zweiten Elektrode (E₂) gelieferten Spannungen (v,₂» ν ₂) ^e^^nem zweiten Pehlerkontrollsystem (M_?) zugeführt werden, das ein Fehlersignal (V _M2 "bzw. V_nJ₁₂) liefert.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3, 4, 5, dadurch gekennzeichnet, daß gilt θ = n/2.

7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der von dem Pehlerkontrollsystem gelieferten Signale (V , V ) zu einem Integrator (I ) übertragen wird, dem eine automatische Korrekturanordnung (J) zugeordnet ist, welche die Ablenksteuerspannung (Vr₂) des Bündels nachregelt.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 3, 4, 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Fehlerkontrollsystemen gelieferten Signale (V_pMi bzw. V_n^ und V_pM2 bzw. V^₂) zu dem einen

_{p p}

bzw. dem anderen von zwei Integratoren (I₁, I₂) übertragen werden, denen jeweils eine automatische Korrekturanordnung (J₁ bzw. Jp) zugeordnet ist, welche die Ablenksteuerspannungen des Bündels nachregelt.

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