DE2526294B2 - Überwachungseinrichtung einer Bestrahlungsanlage für ionisierende Strahlung mit einem Haupt- und einem Kontrollmonitor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungseinrichtung einer Anlage zur Bestrahlung mit ionisierender Strahlung, mit einem Hauptmonitor sowie einem Kontrollmonitor für die Voreinstellung der jeweils zu appüzierenden Dosis und deren Begrenzung auf einen einstellbaren Sollwert, deren Eingänge einem Strahlendetektor nachgeschaltet sind, wobei diese Monitore jeweils einen Dosisleistungs-Frequenz-Wandler mit nachgeschalteten Impulszählern und Digital-Komparatoren aufweisen, sowie mit mindestens einer den Monitoren zugeordneten Abschaltvorrichtung.

Anlagen zur Bestrahlung mit ionisierender Strahlung in Industrie und Forschung, insbesondere aber Bestrahlungsanlagen der medizinischen Technik, schalten nach Applizierung einer vorgegebenen Strahlendosis selbsttätig ab. Hierzu wird im allgemeinen ein Strahlendetek- > tor der austretenden Strahlung ausgesetzt und es werden die Signale des Strahlendetektors über eine voreinstellbare Integrationsstufe, den sog. Sliahlcnmonitor, einer AbschaKvorrichtung zugeleitet. Bei solchen bekannten Bestrahlungsanlagen wird es jedoch als ι nachteilig empfunden, daß es durch einen Defekt in einem der Bausteine, durch alterungsbedingte oder thermisch bedingte Änderungen der Toleranzwerte von Bausteinen oder durch Veränderungen im Strahlenaustritt mit daraus resultierenden Inhomogenitäten des Strahlenkegels, zur Verarbeitung 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.

Durch die DE-OS 22 18 237 ist es bei einer Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art bekannt, zwei gleichartig aufgebaute Strahlenmonitore parallel zu schalten. Beim Ausfall des einen Strahlenmonitors wird das Abschaltsignal über den anderen Strahlenmonitor erhalten. Bei diesem Sicherheitssystem wird auch die Ausgangsspannung der beiden Strahlenmonitore untereinander und mit einer Bezugsspannung verglichen, wobei Abweichungen ebenfalls die Abschaltung bewirken. Fehler innerhalb vorgegebener Plus- und Minus-Toleranzen können dabei aber nicht erkannt werden.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, den zweiten Strahlenmonitor auf einen etwas überhöhten Sollwert einzustellen und dessen Ansprechen getrennt anzuzeigen. Auf diese Weise ließe sich 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 zu treffen ist, weil ein vorzeitiges Abschalten, — d. h. die Überschreitung der Minustoleranz — so grundsätzlich nicht feststellbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß unter Wahrung der dosisrichtigen Abschaltung sowohl Plus-als auch Minus-Toleranzüberschreitungen des Strahlenmonitors mit geringstmöglichem Aufwand überwacht werden. Dabei sollte die Verabreichung überhöhter Strahlendosen auf jeden Fall auch bei völligem Versagen des Strahlenmonitors — mit Ausnahme der Abschaltvorrichtung selbst — verhindert werden.

Die Lösung dieser Aufgabe bei einer Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß dem Dosisleistungs-Frequenz-Wandler des Kontrollmonitors zwei untereinander parallelgeschaltete Frequenzuntersetzer mit sich um

einen vorbestimmten, der noch tolerierten Fehlerbandbreite entsprechenden Faktor unterscheidenden Untersetzungsverhältnissen nachgeschaltet sind, daß die zusammen einstellbaren Vorwahl-Impulswerte des Digital-!Comparators des Hauptmonitois und der Digital-Komparatoren des Kontrollmonitors derart aufeinander abgestimmt sind, daß der dem um den höheren Faktor untersetzenden Frequenzuntersetzer zugeordnete Digital-Komparator des Kontrollmonitors bei einem um einen der halben Fehlerbandbreite entsprecherden Wert unterhalb, der dem um den niedrigeren Faktor untersetzenden Frequenzuntersetzer zugeordnete Digital-Komparator des Kontrollmonitors um einen entsprechenden Wert oberhalb der durch die Impulsvorwahl des Digital-Komparators des Hauptmonitors bestimmten Dosissollwert abschaltet, und daß schließlich der Ausgang des dem stärker untersetzenden Untersetzer zugeordneten Digital-Kumparators an die Abschaltvorrichtung, der Ausgang deb dem weniger stark untersetzenden untersetzer zugeordneten Digitaf-Komparators an ein Hauptschütz zur Blockierung der gesamten Bestrahlungsanlage angeschlossen ist

Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine wirkliche Kontrolle des Hauptmonitors 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 handelsübliche 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 aber das Bedienungspersonal durch Blockierung der gesamten Bestrahlungsanlage auf diesen Fehler aufmerksam machen.

Zwar ist die digitale Meßwertverarbeitung mittels eines Dosisleistungs-Gleichstrom-Impulsfrequenzumformers bereits durch die DE-OS 14 64 748 bekannt geworden, doch ist dieser Druckschrift nichts über die Überwachung von Plus-Minus-Toleranzüberschreitungen zu entnehmen.

Bei einer Überwachungseinrichtung, bei der der Kontrollmonitor einem separaten Strahlendetektor nachgeschaltet ist, kann dieser separate Strahlendetektor in besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung seitlich des Zentralstrahls angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, daß nicht nur solclie Fehler bemerkt werden, die ihre Ursache im Strahlenmonitor haben, sondern infolge der Anordnung des zweiten Strahlendetektors außerhalb des Zentralstrahls auch solche Fehler bemerkt haben, die entweder vom Strahlendetektor selbst herrühren oder die Ursache in abweichenden Dosisleistungen des Zentralstrahls haben. So werden auch fehlerhaft eingesetzte oder fehlerhaft gewordene Strahlenfilter bemerkt bzw. deren einwandfreie Funktion mit überwacht.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung können sich die Übersetzungsverhältnisse der Untersetzer zur Überwachung sowohl einer Plus- als auch einer Minustoleranz von etwa 10% wie 1 : 1,22 zueinander verhalten. Wird die Vorwahl eier Digital-Komparatoren so eingestellt, daß der Impulszähler des Kontrollmonitors mit der etwas niedrigeren Eingangsfrequenz, die dem Sollwert entsprechende Zählstellung bei einem um etwa 10% höheren Sollwert erreicht, so erreicht automatisch auch der Zähler mit der etwas höheren Eingangsfrequenz die dem Sollwert entsprechende Zählsteilung bei einem um 10% niedrigeren Sollwert. Wird die Vorwahl entsprechend eingestellt, was durch Eichen der Stellgeber für die Vorwahl der Digital-Komparatoren vereinfacht werden kann, so werden über die beiden Digital-Komparatoren des Kontrollmonitors sowohl Plus- als auch Minus-Toleranzüberschreitungen von 10% überwacht Dies hat zur Folge, daß der Digital-Komparator mit der höheren Zählereingangsfrequenz die nachgeschaltete Blockiereinrichtung immer dann anstößt, wenn die Abschaltvorrichtung um mehr als 10% vor dem vom Kontrollmonitor ermittelten Dosissollwert abschaltet Der Digital-Komparator des Kontrollmonitors mit der etwas niedrigeren Eingangsfrequenz dagegen gibt an die angeschlossene Abschaltvorrichtung einen Schaltimpuls, wenn die Strahlendosis den Sollwert um mehr als 10% überschritten hat.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Bestrahlungsanlage in stark vereinfachter Darstellung, und

Fig.2 den Aufbau des Hauptmonitors und des Kontrollmonitors in schematischer Darstellung.
■ In der F i g. 1 erkennt man eine Bestrahlungsanlage 1 und ein zu bestrahlendes Objekt 2, das auch ein Patient sein kann. Die Bestrahlungsanlage enthält eine von einem Strahlenschutzmantel 3 umgebene Strahlenquelle 4, wie z. B. einen Quellenträger für ein Radioisotop, eine Röntgenröhre oder das Beschleunigungsrohr eines Linearbeschleunigers oder eines Betatrons. Eine Austrittsöffnung 5 für die Strahlung ist über ein Steuersystem 6 verschließbar. Unmittelbar vor der Austrittsöffnung 5 der Bestrahlungsanlage 1 befindet sich ein Strahlendetektor 7. Ein zweiter Strahlendetektor 8 ist im Innern des Strahlenschutzmantels 3 der Bestrahlungsanlage 1, außerhalb des Zentralstrahls 9, jedoch im Bereich der aus der Strahlenquelle 4 austretenden Strahlung 10 angeordnet.

Die F i g. 2 zeigt den Aufbau eines den Hauptmonitor bildenden Strahlenmonitors 11 und eines Kontrollmonitors 12 zur Überwachung der Bestrahlungsanlage 1. Der Strahlenmonitor 11 entspricht in seinem Aufbau den bekannten Monitoren von medizinischen Bestrahlungsanlagen. Der Strahlendetektor 7 ist an einem Dosisleistungs-Frequenz-Wandler 13 angeschlossen, dessen Ausgang an einem Impulszähler 14 anliegt. Die Ausgänge des Impulszählers sind an einen voreinstellbaren Digital-Komparator 15 angeschlossen. Der Ausgang dieses Digital-Komparators ist mit einem Abschaltautomaten 16 verbunden, durch den die Bestrahlungsanlage 1 abgeschaltet werden kann, sobald die voreingestellte Dosis appliziert ist. Parallel zum Strahlenmonitor 11 erkennt man den Kontrollmonitor IZ Dieser enthält ebenfalls einen Dosisleistungs-Frequenz-Wandler 17, der entweder an den Strahlendetektor 7 des Strahlenmonitors 11 oder an den seitlich des Zentralstrahls 9 in der Bestrahlungsanlage 1 angeordneten zweiten Strahlendetektor 8 angeschlossen ist. Der Ausgang des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers 17 liegt jedoch an zwei verschiedenen Untersetzern 18 und 19 an, von denen der eine Untersetzer 18 eine Frequenz fo und der

andere Untersetzer eine Frequenz von 1,22 fo erzeugt. Beide Untersetzerausgänge liegen an je einem Impulszähler 20 bzw. 21 an, dem jeweils wiederum ein Digital-Komparator 22 bzw. 23 nachgeschaltet ist. Die beiden Digital-Komparatoren 22 und 23 werden durch einen gemeinsamen Stelleingang 24 auf den gleichen Wert voreingestellt. Der Ausgang des Digital-Komparators 22, der der untersetzten Frequenz fo zugeordnet ist, ist an den Abschaltautomaten 16 des Strahlenmonitors 11 angeschlossen. Außerdem ist er mit einer optischen und einer akustischen Signalanlage 26 bzw. 25 verbunden. Der Digital-Komparator 23, der der Untersetzerfrequenz 1,22 fo zugeordnet ist, ist über ein UND-Gatter 27, das auch mit dem Abschaltautomaten verbunden ist, an eine Schaltanordnung 28 zur Blockierung der Bestrahlungsanlage, wie z. B. ein Schütz, angeschlossen.

Die aus der Bestrahlungsanlage austretende Strahlung durchsetzt 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 werden vom Dosisleistungs-Frequenz-Wandler 13 in eine der Dosisleistung proportionale Frequenz f\ umgewandelt. Durch diese Frequenz wird der Impulszähler 14 angesteuert. Der dem Ausgang dieses Impulszählers zugeordnete Digital-Komparator, der vom Arzt entsprechend der zu applizierenden Strahlendosis voreingestellt werden kann, schaltet das Ausgangssignal des Impulszählers 14, das der voreingestellten Dosis entspricht, an den Abschaltautomaten durch. So angesteuert, schaltet dieser die Bestrahlungsanlage 1 ab.

Während der Bestrahlung ist jedoch auch der zweite Strahlendetektor 8, der im Ausführungsbeispiel dem Kontrollmonitor 12 zugeordnet ist, der Strahlung ausgesetzt. Die Signale dieses zweiten Strahlendetektors gelangen in den Eingang des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers 17 und erzeugen dort eine der gemessenen Dosisleistung proportionale Frequenz χ ■ fo. Diese Frequenz kann sowohl aufgrund der andersartigen Strahlungsdichte am Ort des zweiten Strahlendetektors 8, infolge anderer Empfindlichkeit dieses zweiten Strahlendetektors, als auch durch abweichende Übersetzungseigenschaften des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers 17 im Kontrollmonitor 12 von der Frequenz f\ des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers 13 stark abweichen. Durch die dem Dosisleistungs-Frequenz-Wandler 17 des Kontrollmonitors nachgeschalteten beiden Untersetzer 18, 19 wird die Frequenz χ ■ fo untersetzt. Dies kann beispielsweise um einen Faktor 10⁴ geschehen. Dabei sind die beiden Untersetzer 18, 19 des Kontrollmonitors 12 so ausgewählt, daß sich ihre Untersetzungsverhältnisse um den Faktor 1,22 unterscheiden, wenn man Toleranzabweichungen von ± 10% gerade noch zulassen will. Dieser Unterschied ergibt sich dadurch, daß zur Überwachung der Plus- und der Minustoleranz bei jeweils 10%iger Abweichung sich 110:90=1,22 ergeben. Die den beiden Impulszählern 18, 19 des Kontrollmonitors nachgeschalteten Digital-Komparatoren 22, 23 werden über den gemeinsamen Stelleingang 24 auf die gleiche Zählstellung voreingestellt. Dabei ist diese Voreinstellung unter Berücksichtigung der unterschiedlichen impulsfrequenz, die den impulszählern des Kontrollmonitors und des Strahlenmonitors zugeleitet werden unter Umständen sehr verschieden gegenüber der Voreinstellung des Digital-Komparators 15 des Strahlenmonitors 11. Sie ist jedoch für jede Bestrahlungsanlage konstant, so daß auch die Digital-Komparatoren des Strahlenmonitors 11 und des Kontrollmonitors 12 gemeinsam mit einem entsprechend übersetzenden Stellglied auf den gewählten Sollwert der Strahlendosis eingestellt werden können. Danach sind die Digilal-Komparatoren 15, 22, 23 so abgestimmt, daß der dem Untersetzer 18 mit der Ausgangsfrequenz fo nachgcschaltctc Digital-Komparator 20 erst bei einer 10% über dem Sollwert liegenden Strahlendosis anspricht, der Digital-Komparator 15 des Strahlenmonitors, bei der dem Sollwert entsprechenden Dosisleistung und der Digital-Komparator 23, der dem Untersetzer 19 mit der Ausgangsfrequenz 1,22/b zugeordnet ist, bei einer um 10% unter dem Sollwert liegenden Dosis anspricht. Das hat zur Folge, daß wenn der Abschaltautomat 16 des Strahlenmonitors 11 nicht oder nicht rechtzeitig vom Digital-Komparator 15 so doch zumindest bei einer Dosis, die 10% über dem voreingestellten Sollwert liegt, vom Digital-Komparator 22 des Kontrollmonitors 12 angesteuert wird. In jenen Fällen, in denen jedoch der Strahlenmonitor 11 die Bestrahlung um mehr als 10% vor der voreingestellten Dosis abschaltet, wird die Blockierung der Anlage durch den Ausgang des Digital-Komparators 23, der vor Erreichen des vorangestellten Sollwertes ein Signal abgibt, über das UND-Gatter 27 ausgelöst. Auf diese Weise wird das Bedienungspersonal auf die vorzeitige Abschaltung der Bestrahlung durch den Abschaltautomaten 16, d. h. die Minustoleranzüberschreitung, aufmerksam gemacht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Überwachungseinrichtung einer Anlage zur Bestrahlung mit ionisierender Strahlung, mit einem Hauptmonitor sowie einem Kontrollmonitor für die Voreinstellung der jeweils zu applizierenden Dosis und deren Begrenzung auf einen einstellbaren Sollwert, deren Eingänge einem Strahlendetektor nachgeschaltet sind, wobei diese Monitore jeweils einen Dosisleistungs-Frequenz-Wandler mit nachgeschalteten Impulszählern und Digital-Komparatoren aufweisen, sowie mit mindestens einer den Monitoren zugeordneten Abschaltvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dosisleistungs-Frequenz-Wandler (17) des Kontrollmonitors (12) zwei untereinander parallelgeschaltete Frequenzuntersetzer (18,19) mit sich um einen vorbestimmten, der noch tolerierten Fehlerbandbreite entsprechenden Faktor unterscheidenden Untersetzungsverhältnissen nachgeschaltet sind, daß die zusammen einstellbaren Vorwahl- fmpulswerte des Digital- (Comparators (1.5) des Hauptmonitors (H) und der Digital-Komparatoren (22, 23) des Kontrollmonitors (12) derart aufeinander abgestimmt sind, daß der dem um den höheren Faktor untersetzenden Frequenzuntersetzer (18) zugeordnetem Digital-Komparator (22) des Kontrollmonitors (12) bei einem um einen der halben Fehlerbandbreite entsprechenden Wert unterhalb, der dem um den niedrigeren Faktor untersetzenden Frequenzuntersetzer (19) zugeordnete Digital-Komparator (23) des Kontrollmonitors (12) um einen entsprechenden Wert oberhalb der durch die Impulsvorwahl des Digital-Komparators (15) des Hauptmonitors (11) bestimmten Dosissoillwert abschaltet, und daß schließlich der Ausgang des dem stärker untersetzenden Untersetzer (18) zugeordneten Digital-Komparators (22) an die Abschaltvorrichtung (16), der Ausgang des dem weniger stark untersetzende.) Untersetzer (19) zugeordneten Digital-Komparators (23) an ein Haupts;chütz (28) zur Blockierung der gesamten Bestrahlungsanlage (1) angeschlossen ist.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Kontrollmonitor einem separaten Strahlendetektor nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser separate Strahlendetektor (8) seitlich des Zentralstrahls (9) angeordnet ist.

3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Übersetzungsverhältnisse der Untersetzer (18, 19) zur Überwachung sowohl einer Plus- als auch einer Minustoleranz von etwa 10% wie 1 :1,22 zueinander verhalten.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine akustische und/ oder optische Signalanlage (25, 26) an den Ausgang des dem stärker untersetzenden Untersetzer (18) zugeordneten Digital-Komparators (22) angeschlossen ist.

5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupt- und der Kontrollmonitor (11, 12) einem gemeinsamen Strahlendetektor (7) nachgeschaltet sind.