DE2526294A1

DE2526294A1 - Bestrahlungsanlage fuer ionisierende strahlung

Info

Publication number: DE2526294A1
Application number: DE19752526294
Authority: DE
Inventors: Rudolf Ing Grad Meyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-06-12
Filing date: 1975-06-12
Publication date: 1976-12-16
Also published as: DE2526294B2; DE2526294C3; CA1042565A; FR2314504B1; US4047043A; FR2314504A1

Description

Siemens Aktiengesellschaft Rrlangen, 7. Kai 1975

¹ 'enl' ³strG.6e 127

VPA 75 P 5061 BRD Stk/Le:

Bestrahlungsanlage für ionisierende Strahlung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bestrahlungsanlage für ionisierende Strahlung, irit mindestens einem der Strahlung ausgesetzten Strahlendetektor, mit einem Strahlenraonitor für die Voreinstellung der jeweils zu applizierenden Strahlendosis und zur Begrenzung derselben e.\\f den jeweils voreingestellten Sollwert, mit einer an den Strahlenmonitor angeschlossenen, voreinstellbaren Integrationseinheit und mit einem durch die Integrationseinheit bei Erreichen der voreingestellten Strahlendosis auslösbaren Absclialtautomaten.

Bestmhlungsanlagen in Industrie und Forschung, insbesondere aber Bestrahlungsanlagen der medizinischen Technik schalten nach Applizierung einer vorgegebenen Strahlendosis selbsttätig ab. Hierzu wird im allgemeinen ein Strahlendetektor der austretenden Strahlung ausgesetzt und v/erden die Signale des Strahlendetektors über eine vor einstellbare Integrations stufe, dem sog. Strahlennionitcr, einem Abschaltautomaten zugeleitet. Bei solchen bekannten Bestrahlungsanlagen wird es jedoch als nachteilig empfunden, daß es durch

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einen Defekt in einen der Bausteine, durch alterungsbedingte oder thermisch bedingte ibderungen der Toleranzwerte von Bausteinen oder durch Veränderungen im Strahlenaustritt mit daraus resultierenden Inhomogenitäten des Strahlenkegels zur Verabreichung überhöhter oder zu geringer Strahlendosen kommen kann. Dies führt in der Materialuntersuchung allenfalls zu Fehlbelichtungen. In der medizinischen Technik kann das jedoch Folgen für Leben und Gesundheit des Patienten haben.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, zwei gleichartige aufgebaute Strahlenmonitore parallel zu schalten. Beim Ausfall des einen Strahlenmonitors könnte so wenigstens das Abschaltsignal über den anderen Strahlenmonitor erhalten werden. Bei der Einstellung des zweiten Strahlenmonitors auf einen etwas überhöhten Sollwert ließe sich auf diese Weise sogar feststellen, ob der erste Strahlenmonitor zu spät abgeschaltet hat, d.h. ob er die gesetzte Plustoleranz überschritten hat. Ein Nachteil der Parallelschaltung zweier Strahlenmonitore ist es aber, daß die wichtigere Feststellung, daß der erste Strahlenmonitor einwandfrei funktioniert hat, nicht zutreffend ist, weil ein vorzeitiges Abschalten, - d.h. die Überschreitung der Minustoleranz - so nicht feststellbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit von Bestrahlungsanlagen zu erhöhen und insbesondere sowohl Plus- als auch Minus-Toleranzüberschreitungen des Strahlenmonitors mit geringstmöglichem Aufwand zu überwachen. Dabei sollte die Verabreichung überhöhter Strahlendosen auf jedem Fall auch bei völligem Versagen des Strahlenmonitors verhindert werden.

Bei einer Bestrahlungsanlage der.eingangs genannten Art ist daher erfindungsgemäß ein zusätzlicher Kontrollmonitor zur Überwachung sowohl der Plus- als auch der Minustoleranz des Strahlenmonitors vorgesehen, und ist der Kontrollmonitor mit einem Dosisleistungs-Frequenz-Wandler für die Umwandlung der Signale eines Strahlendetektors in eine dosisleistungsproportionale Frequenz, mit zwei

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verschieden, an den Ausgang des handlers angeschlossenen Frequenz-Untersetzern, deren Untersuchungsverhältnisse um die gerade noch tolerierbare Fehlerbandbreite von einander abweichen und mit je einem an einen der beiden Frequenzuntersetzer angeschlossenen Impulszähler mit nachgeschaltetem Digital-Comperator gemeinsam voreinstellbarer Zählkapazität ausgerüstet, wobei der Ausgang des dem stärker untersetzenden Untersetzer zugeordneten Digital-Comperators an den Abschaltautomaten, der Ausgang des dem weniger stark untersetzenden Untersetzer zugeordneten Di'gital-Comperators an ein Hauptschütz zur Blockierung der gesamten Bestrahlungsanlage und der Eingang des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers mit dem Strahlendetektor verbunden ist. Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine wirkliche Eontrolle des Strahlenmonitors nur dann gegeben ist, wenn sowohl Plus— als auch Minus-Toleranzüberschreitungen zuverlässig und automatisch ermittelt werden. Das wird durch diese Bauweise erreicht. Dabei hält sich der zusätzliche Aufwand in Grenzen, weil nur handsübliche digitale Bausteine verwendet werden. Darüber hinaus übernimmt der Kontrollmonitor bei völligem Ausfall des Strahlenmonitors dessen Funktion und schaltet die Bestrahlungsanlage nach Überschreiten" des voreingestellten Sollwertes der Strahlendosis, um den vorgegebenen Wert der Fehlerbandbreite ab. Schaltet der Strahlenmonitor aber die Bestrahlungsanlage infolge eines anderen Defektes um mehr als die zugebilligte Fehlerbandbreite vorzeitig ab, so kann der Kontrollmonitor dieses zwar nicht rückgängig machen abtr das Bedienungspersonal durch Blockierung der gesamten Bestrahlungsanlage auf diesen Fehler aufmerksam machen.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann der Kontrollmonitor an einem sejjaraten, seitlich des Zentralstrahls angeordneten St;ahlendetektor angeschlossen sein. Dies hat den Vorteil, daß nicht nur solche Fehler bemerkt werden, die ihre Uracile im Strahlenmonitor haben, sondern infolge der Anordnung des zweiten Strahlendetelrtors außerhalb des Zentralstrahls auch solche Fehler bemerkt werden, die entweder vom Strahlendetektor

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selbst herrühren oder die ihre Ursache in abweichenden Dosisleistungen des ZentraJ-strahls haben. So werden auch fehlerhaft eingesetzte oder fehlerhaft gewordene Strahlenfilter bemerkt, bzw« deren einwandfreie Funktion nit überv.^racnt.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung lcönnen sich die Übersetzungsverhältnisse der Untersetzer zur Überwachung sowohl einer Plus- als auch einer Iiinustoleranz von etwa 10 % wie 1 : 2,22 zueinander verhalten, Wird die Vorwahl der Digital-Coraperatoren so eingestellt, daß der Impulszähler des Kontrollmonitors.mit der etwas niedrigeren fiingangsfrequenz, die dein Sollwert entsprechende Zählstellung bei einem um etwa 10 yo höheren Sollwert erreicht, so erreicht automatisch auch der Zähler mit der etwa höheren Eingangsfrequena, die dem Sollwert entsprechende Zählstellung bei einem un 10 % niedrigeren Sollwert. Wird die Vorwahl entsprechend eingestellt, was durch Eichen der Stellgeber für die Vorwahl der Digital-Coraperatoren vereinfacht werden kann, so werden über die beiden Digital-Ccmperatoren des Kontrolliionitors sowohl Plus- als auch Minus-Toleranzüberschreituiigen von 10 ^c£ überwacht. Dies hat zur Folge, daß die Digital-Coinperatoren mit der höheren Zäiilereingangsfrequens die nachgeschaltete Blockiereini^lchtung innier dann anstoßen, wenn die Abschaltautomatik um mehr als 10 f-o vor dem vom Kontrollmonitor ermittelten Dosissollwert abschaltet. Der Digital-Conperator des Eontrollnonitors, nit- der etwas niedrig er or Eingangsfrequenz, dagegen gibt e..a die angeschlossene Abschaltatitomatik des Strahlenmonitors einen Sclialtimpuls, wenn die Strahlendosis den Sollwert um mehr als 10 /ό überschritten hat«

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Aucführungsbtfioplels noch näher erläutert« t)v> zeigen:

Fig. 1 eine Bestrahlungsanlage in stark vereinfachter· Darstellung, und

Fig. 2 den Aufbau deü Sti-ahle-nb'ioiiitorn wen c\o3 Koutroj.Tro^.i--· tors in nchcT^tir-cL··■?:■:* jV^iv;:;tcllur·,..

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In dor Figur 1 erkennt nan eine Bestrahlungsanlage· 1 und ein zu "bestrahlendes Objekt 2, das auch, einen Patienten darstellen kann. Die Bestrahlungsanlage enthalt eine von einen Strahlenschut^nan·- tel 3 umgebene Strahlenquelle 4, wie 3.B₀ einen Quellenträger für ein Radioisotop, eine Röntgenröhre oder das Beschleum£\r_igs~ rohr eines Linearbeschleunigero caer eines Betatrons» Die Austritts off nuns ¹J ^:'-ür die Strahlung ist über ein Steuersystem G verschließbar. Unmittelbar vor der· Austritts Öffnung 5 der Bestrahlungsanlage 1 befindet sich ein Strahlendetektor· To Ein zv/eiter Strahlendetektor 8 ist in Innern des Strahlenschutsnantels 3 der Bestrahlungsanlage 1, außerhalb des Zentral Strahls 9. ,jedoch in Bereich der aus der Strahlenquelle 4 austretenden Strahlung 10 angeordnet.

Die Figur 2 zeigt den Aufbau der beiden lionitorsysteme 11, 12 zur Überwachung der Bestrahlungsanlage 1, Der Strahlemaonitor 11 entspricht in seinen Aufbau den bekannten Monitoren von medizinischen Bestrahlungsanlage!*·. Der Strahlendetektor 7 ist an einen Dos.Lsleir.tungs-FreQueiiz-Vfandler 13 angeschlossen, dessen Ausgang an einen Impulszähler 14 anliegt. Die Ausgänge des Impulszählor3 sind an einen voreinstellbaren Digital- Conrperator 15 angeschlossen* Der Ausgang dieses Üigital-Gonperators ist mit einem Absühaltäutomaten 16 verbunden, durch den die Bestrahlungsanlage 1 abgeschaltet werden kann, sobald die voreingestel-lte Dosis appliziert ist. Parallel zum Strahlemaonitor 11 erkennt man den Kontrollr'onitor 12. Dieser enthält ebenfalls einen Dosisleistungs-Frtquenz-Vandler 17, der entweder an den Strahlendotöktor 7 des Strahlεη-nonitors 11 oder vorzugsweise an den seitlich des ZentralStrahls in der· Bestrahlungsanlage 1 angeordneten av/eiten Strahlenäetoktor ai.'gcr.chlossen ist_o Der Ausgang des Dosisleistungs--FrequenZ'-^T,;L-.ndlers 17 liegt jedoch an zwei verschiedenen Untersetzern 18, 19 an, von denen der eine Untersetzer 18 eine Frecjuena fo und der· andere Untersetzer eine Frequenz von 1,22 fo erzeugt„ Beide Untersetzeraurigänge liegen an je einem. Impulszähler 20, 21 an, dera jev;ö.ilc v/iodurun ein Digital-Couiporator 2?, 23 nachgeschaltet ist. Die

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ORIGINAL INSPECTED

beiden Digital-Oomparatoren 22, 23 !/erden durch einen gemeinsamen Stelleingang 24 auf der. gleichen Viert voreirgostel.lt. Der Ausgang des Digital-Comparators 22, der der untersetzten Frequenz fo augeordnet ist, ist an den Abschaltautonaten 16 des Strahlenraonitors 11 angeschlossen. Außerdem ist er mit einor optischen und einer akustischen Signalanlage 25, 26 verbunden. Der Digital-Comparator, der der Untersetzerfrequenz 1,22 fo sugeordnet ist, ist über ein UND-Gatter 22, das auch mit dem Abschaltautomaten verbunden ist, an eine Schaltanordnung 22 isur Blockierung der Bestrahlungsanlage, wie z.B. ein Schütz, angeschlossen.

Die aus der Bestrahlungsanlage austretende Strahlung durchsetat mit ihrem zentralen Bereich den Strahlendetektor 7 des Strahlenmonitors 11, bevor sie das zu bestrahlende Objekt 2 bzw. den Patienten erreicht. Die Signale dieses Strahlendetektors 7 v/erden vom Dosisleistungs-Frequenz-Wandler 13 in eine der Dosisleistung proportionale Frequenz f1 umgewandelt« Durch diese Frequenz wird der Impulszähler 14 angesteuert. Der dem Ausgang dieses Impulszählers zugeordnete Digital-Comparator, der vom Arzt entsprechend der zu applizierenden Strahlendosis voreingestellt v/erden kann, schaltet das Ausgangssignal des Impulszählers 14, das der voreingestellten Dosis entspricht, an den Abschaltautomaten durch. So angesteuert, schaltet dieser d.ie Bestrahlungsanlage 1 ab.

vfährenä der Bestrahlung ist jedoch auch der zweite Strahlendetektor 8, der im Ausführungsbeispiel dera Eontrollnonitor 12 zugeordnet ist, der' Strahlung ausgesetzt. Die Signale dieses zweiten Strahlendetektors gelangen in den Eingang dos Do;-;isleistur:gs-Fre~ quenz~\.^randlers 17 und erzeugen dort eine der gemessenen Dosisleistung proportionale Frequenz X · fo. Diese Frequenz k'um sowohl aufgrund der andersartigen Strahlungsdichte am Ort des zweiten Strahlcndetektors 8, infolge anderer Empfindlichkeit dieses evjo.v« ten Strahlendetektors, als auch curch abweichende Übersetr-v.mgr:-· eigenschaften cleo Dosisleistungs-Frequena-Viandlers 17 in IControll· T-io-.?l!:or 12 von der Frequenz f1 des Do3is3.üisti-'ngß~Fre-iuor5^r--^;'.^rri;j^/l-

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lers 13 stark al,-·.-eie-uer.» Durch die dec· Dosis'leistungs-Frequenz-Wandler 17 des Kontrollnonitors nachgeschalteten beiden Untersetzer 18, 19 wird die Frequenz; χ · fo unter;:· 3tst. Dies kann beispielsweise um einen Faktor 10' geschehen. Dabei sind die beiden Untersetzer 18, 19 des Kontrollmonitors 12 so ausgewählt, daß sich ihre Untersetziangsvernältnisse ua. den Faktor 1,22 unterscheiden, "wenn nan Toleranzabweichungen von -- 10 /S gerade noch zulassen will. Dieser Unterschied ergibt sich dadurch, daß zur Überwachung der Plus- und der liinustolerana bei jeweils 10 >oiger Abweichung sich 103 : 90,1 = 1,219 bzw. 1,22 ergeben. Die den beiden Impulszählern 18, 19 des Kontrollhonitors nachgeschalteten Digital-Comparatoren 22, 23 v/erden über einen gemeinsamen Stelleingang 24 auf die gleiche Zählstellung. vcreingestellt. Dabei ist diese Toreinstellung unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Impulsfrequenz, die den impulszSJilern des Kontrollmonitors und des Strahlenmonitors zugeleitet werden unter Umständen sehr verschieden gegenüber der Voreinstellung des Digital-Comparators 15 des Strahlenmonitors 11. Sie ist jedoch für jede; Bestrahlungsanlage T konstant, so daß auch die Digital-Coinpare." toren des Strahlermonitors 11 und des Eontrollmonitors 12 gemeinsam mit einem entsprechend übersetzenden Stellglied auf den gewählten Sollwert des Strahlendosis eingestellt werden können. Danach sind die Digital-Conparatoren 15, 22, 23 so abgestimmt, daß der dem Untersetzer 18 mit der Ausgangsfreq-aenz fo nachges-chaltcte Digital-Comparator 20 erst bei einer 10 % über dem Sollwert liegenden Strahlendosis anspricht, der Digital-Comparator 15 dor.; Strahlonraonitors, bei der dem Sollwert entsprechenden Dosisleistung und der Digital-Comparator 23,der dem Untersetzer 19 mit der Ausgangsfrequenz 1,22 fo zugeordnet ist, bei einer υα 10 ^j unter eiern Sollwert 3.iegenden Dosis anspricht* Das hcit zur Folge, daß wenn der Abschaltautomat 16 des Strahleroonitors 11 nicht oder nicht rechtzeitig von Digital-Comparator 15 so doch zumindest bei einer Dosis, die 10 >j über oera voreir-gestellten Sollwe:ct liogt, VC)-Ji Digital-Comparator 22 ΰ.οζ Kontroll"onitorr; T2 angestüuert wird. In jenen Füllen, in denen jedoch der Strchler^joriitor

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die Bestrahlung urn mehr als 10 % vor de⁷" vorangestellten Dosis abschaltet, wird die Blockierung der AnIIagc durch den Ausgang des Digital-Comparators 23, der vor Erreichc-a des voreingestellten Sollwertes ein Signal trägt,über das UTiD-Gatter 2? ausgelöst. Auf diese Weise wird das Bedienungspersonal auf die vorzeitige Abschaltung der Bestrahlung durch den Abschaltautοmaten 16, d.h. die Minustoleranzf.Derschreitung desselben aufmerksam gemacht.

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Claims

Patentansprüche

J_y Bestrahlungsanlage für ioüisieronde Strahlung mit rdndestens ein 3m der Strahlung ausgesetzten Strahl end ctelrtor·, mt ^ in em Strahlenmonitor für die Voreinstellung der jeweilk zu applizierenden Strahlendosis und für die Begrenzung dorcelben rvui den Jeweils voreingestel3.ten Sollwert, ra.it einer an den Strahlendetektor angeschlossenen, voreinstellbaren Integr2.tion3einl-.ait und κit einen durch die Integrationssinneit hei Erreichen dor voreiligesteilten Strahlendosis auslösbaren Absehe-Itsutomaten. dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Kontrollraonitor (12) zur Überwachung sowohl der Plus- als auch der Hinustoleranz des Strahlenmonitors (11) vorgesehen ist, und a&r Kontrollüonitor mit einem DoGisleistungs-Frequenz-^anrller (17) iür die Umv-andlung der Signale eines Strahlendetelrtors (7, S) in eine dosisleistungsproportionale Frequenz, nit zwei veisohieden an den Ausgang des Do;.;isleistung3-Preque;o.3-4/andiors angeschlossenen Frequenzuntersetsern (18, 1>), deren Untersetzung s verhältnis se un die gerade noch tolerierbare FehlerbancLbreite voneiivinder abv/eichen und mit je einem an einen der beiden Frequeni;unterset£?er angeschlossenen Impulsaäloler (20 _} 21) mit nachgeschalteten Digital-Conperator (22, 23) geneinsan voreinstellbaren Zi'hll;apazität ausgerüstet ist, wobei der Ausgang des dom stärker untersetzenden Untersetzer (18) zugeordneten Digital-Coiiipera-cors (22) an den Abschaltautomter· (15), όττ Ausgang des dem woniger stark untersetzenden Untersetzer (19) s;ugeorcincten Digital--Coi?.pex-ators (2;3) an ein Kauptschüts (2r?) zur Blockierung C.3T· gCisanten BeütrtdiluMgsanlage (1) und der I5i:igang des Dosis-].eistuiigs-Frequ&nz~liandlers (1?), ?nit den Strahlendetektor (T, 8) verbunden int.
2. Anordiair:^ nach Anspruch 1, dadurch gokonnseichnet, daß der ronl'rollrioriitov (12) an einem separaten, seitlich des £entral-strciO.o (9) ajigoordnetoA Strahl'uidatelccor (G) Cägesc-ilosovr! JF-t.

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ORIGINAL lNSPI§Til

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3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Übersetzungsverhältnisse der Untersetzer (18, 19) sur Überwachung sowohl ei r:.or Plus- als auch einer Minus toi er ans von itvra. 10 %_} wie 1: 1,22 zueinander verhalten.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine akustische Signalanlage (25) an den Ausgang des Digital-CoHperators (22) angeschlossen ist,
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Signalanlage (26) an den Ausgang des Digital-Comparators (22) angeschlossen ist.

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