DE2526294C3 - Überwachungseinrichtung einer Bestrahlungsanlage für ionisierende Strahlung mit einem Haupt- und einem Kontrollmonitor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungseinrichtung einer Anlage /.ur Bestrahlung mit ionisierender Strahlung, mit einem Hauptmonitor sowie einem Kontrollmonitor für die Voreinstellung der jeweils zu appli/icrcnden Dosis und deren Begrenzung auf einen einstellbaren Sollwert, deren Eingänge einem Strahlendctektor nachgcschallel sind, wobei diese Monitore jeweils einen Dosisleistungs-Frequenz-Wandler mit nachgeschalielen Impulszählcrn und Digital-Komparatoren aufweisen, sowie mit mindestens einer den Monitoren zugeordneten Abschaltvorrichtung.

Anlagen zur Bestrahlung mit ionisierender Strahlung in Industrie und Forschung, insbesondere aber Bestrahlungsanlagcn der medizinischen Technik, schalten nach Applizicrung einer vorgegebenen Strahlendosis selbsttätig ab. Hierzu wird im allgemeinen ein Strahlendetektor der austretenden Strahlung ausgesetzt und es werden die Signale des Strahlendctektors über eine voreinstellbare Integralionsstufe, den sog. Strahtenmonitor, einer Abschaltvorrichtung zugeleitet. Bei solchen bekannten Bestrahlungsanlagen wird es jedoch als nachteilig empfunden, daß es durch einen Defekt in einem der Bausteine, durch altcrungsbcdingtc oder thermisch bedingte Änderungen der Tolcranzwerte von Bausteinen oder durch Veränderungen im Strahlenaustritt mit daraus resultierenden Inhomogenitäten des Slrahlcnkcgcls, zur Verarbeitung überhöhter oder zu geringer Slnihlcndosct. kommen kann. Dies führt in der Matcrialuntcrsuchung allenfalls /u Fchlbelichtungcn. 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 Strahlcnmonitorc parallel zu schalten. Beim Ausfall des einen Slrahlenmonitors wird das Abschaltsignal über den anderen Strahlcnmonilor erhalten. Bei diesem Sicherheitssystem wird auch die Ausgangsspannung der beiden Strahlcnmonitorc untereinander und mit einer Bezugsspannung verglichen, wobei Abweichungen cbcc'alls die Abschaltung bewirken. Fehler innerhalb vorgegebener Plus- und Minus-Tolcranzcn können dabei aber nicht erkannt werden.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, den zweiten Strahlcnmonitor auf einen etwas überhöhten Sollwert einzustellen und dessen Ansprechen getrennt anzuzeigen. Auf diese Weise ließe sich sogar feststellen, ob der erste Sirahlünmonilor zu spät abgeschaltet hat, d. h. ob er die gesetzte f'lustolcran/ überschritten hat. Ein Nachteil der Parallelschaltung zweier Slrahlcnmonilorc iM es aber, daitl die wichtigere Feststellung, daß der erste Slrahlcnmoniior einwandfrei funktioniert hat, nicht /u treffen ist, weil ein vorzeitiges Abschalten. — d. h. die Überschreitung der Minusiolcran/. — so grundsätzlich nicht feststellbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dall unter Wahrung der dosisrichtigen Abschaltung sowohl PIu:.- als auch Minus-Tolcran/.übcrschrcitungen des Strahlcnmonitors mit gcringslmöglichcm 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 IxisuRgtlicscr Aufgabe bei einer Überwachungseinrichtung tier eingangs genannten Art erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß dem Dosislcislungs-Frequenz Wandler des Konlrollmonilors zwei untereinander parallelgcsichaltetc l-'rcquen/untersctzcr mit sich um

einen vorbestimmten, der noch tolerierten Fehlorbiindbreite entsprechenden Faktor unterscheidenden Untersetzungsverhältnissen nachgeschaltet sind, daß die zusammen einstellbaren Vorwahl-Impulswerte des Digital-Komparators des Hüuptmonitors und der Digital-Komparatoren des Kontrollmonitors derart aufeinander abgestimmt sind, daß der dem um den höheren Faktor untersetzenden Frequenzuntersetzer zugeordnete Digilal-Komparalor des Kontrollmonitors bei einem um einen der halben Fehlerbandbreite entsprechenden 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 Digilal-Komparators des Hauplmonitors bestimmten Dosissollwert abschaltet, und daß schließlich der Ausgang des dem stärker untersetzenden Untersetzer zugeordneten Digital-Komparalors an die Abschaltvorrichtung, der Ausgang des dem weniger stark untersetzenden Untersetzer zugeordneten Digital-Komparatnrs an ein Hau;;ischütz 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-Tolcranzübcrschreitungcn zuverlässig und automatisch ermittelt werden. Das wird durch diese Ba'iweise erreicht. Dabei hält sich der zusätzliche Aufwand in Grenzen, weil nur handelsübliche Bausteine verwendet werden. Darüber hinaus übernimmt der Kontrollmonitor bei völligem Ausfall des Sirahlenmonitors dessen Funktion und schallet die Bestrahlungsanlage nach Überschreiten des voreingcstellten Sollwertes der Strahlendosis, um den vorgegebenen Wert der Fehlcrbandbrcile, ab. Schaltet der Strahlcnmonitor aber die Bestrahlungsanlage infolge eines anderen Defektes um mehr als die zugebilligte Fchlcrbandbrcitc vorzeitig ab, so kann der Konlrollmonitor 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 Dosisleislungs-Glcichstrom-Impulsfrcquenzum· formers bereits durch die DE-OS 14 £4 748 bekannt geworden, doch ist dieser Druckschrift nichts über die Überwachung von Plus-Minus-Tolcranzübcrschreitiingcn zu entnehmen.

Bei einer Überwachungseinrichtung, bei der der Kontrollmunitor einem separaten Slrahlcndetcktor nachgeschaltt! ist. kann dieser separate Strahlcndeteklor in besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung seitlich des Zcntralstrahls ungeordnet sein. Dies hat den Vorteil, daß nicht nur solche Fehler bemerkt werden, die ihre Ursache im Strahlcnmonilor haben, sondern infolge der Anordnung des zweiten Strahlcndclcklors außerhalb des Zcntralstrahls auch solche Fehler bemerkt haben, die entweder vom Strahlcndctcklor selbst herrühren oder die Ursache in abweichenden Dosisleistungen des Zcntralslrahls haben. So werden auch fehlerhaft eingesetzte oder fehlerhaft gewordene Strahlenfiller bemerkt bzw. deren einwandfreie Funktion mit überwacht.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung können sich die Übersetzungsverhältnisse der Untersetzer zur Überwachung sowjM einer Plus- als auch einer Miriustolcran/. von etwa 10% wie I : 1,22 zueinander verhalten. Wird die Vorwahl der Digilal-Komparatorcn so eingestellt, daU der Impulszähler des Konirollmontlors mit der etwas niedrigeren Eingangsfrequenz, die dem Sollwert entsprechende Zählstcllung bei einem um etwa 10% höheren Sollwert erreicht, so erreicht automatisch auch der Zähler mit der etwas höheren Eingangsfrequenz die dem Sollwert entsprechende Zählsleilung bei einem um 10% niedrigeren Sollwert. Wird die Vorwahl entsprechend eingestellt, was durch Eichen der Stcllgeber für die Vorwahl der Digital-Komparatoren vereinfacht werden kann, so werden über die beiden Digital-Komparatorcn 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 Blockeinrichtung immer dann anstößt, wenn die Abschaltvorrichtung um mehr als 10% vor dem vom Kontrollmonitor ermittelten Dosissollwert abschaltet. Der Digital-Komparator des Kontrollmonitors mit der ctv „s 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 aargestellien Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Bestrahlungsanlage in stark vereinfachter Darstellung, und

Fig. 2 den Aufbau des Hauptnionitors und des Kontrollmonitors in schcmatischer Darstellung.

In der Fig. 1 erkennt man eine Bestrahlungsanlage 1 und ein /u bestrahlendes Objekt 2, das auch ein Patient sein kann. Die Bestrahlungsanlage enthält eine von einem Strahlcnschutzmantel J umgebene Strahlenquelle 4, wie z. B. einen Quellenträger für ein Radioisotop, eine Röntgenröhre oder das Beschleunigungsrohr eines Linearbeschleunigcrs oder eines Betatrons. Eine Austrittsöffnung 5 für die Strahlung ist über ein Steuersystem 6 verschließbar. Unmittelbar vor der Ausirittsöffnung 5 der Bestrahlungsanlage 1 befindet sich ein Sirahlendetektor 7. Ein zweiter Strahlendetektor 8 ist im Innern des Strahlenschulzmaniels 3 der Bestrahlungsanlage I, außerhalb des Zcntralslrahls 9, jedoch im Bereich der aus der Strahlenquelle 4 austretenden Strahlung 10 angeordnet.

Die F i g. 2 zeigt den Aufbau eines den I lauptmonitor bildenden Strahlenmonitors 11 und eines Kontrollmonitors 12 zur Überwachung der Bestrahlungsanlage 1. Der Strahlenmonilor Il entspricht in seinem Aufbau den bekannten Monitoren von medizinischen Bcstrahlungsanlagcn. 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 voruinsiellba-. rcn Digital-Komparator 15 angeschlossen. Der Ausgang dieses Digital-Komparators ist mit einem Abschaltautomalen 16 verbunden, durch den die Bestrahlungsanlage 1 abgeschaltet werden kann, sobald die voreingestellte Dosis appliziert ist. Parallel zum Strahlenmonitor 11 ■ ■ erkennt man den Kontrollmonitor 12. Dieser enthält ebenfalls einen Dosisleistungs-Frequenz-Wandler 17, der entweder an den Strahlcndctektor 7 des Strahlenmonitors 11 oder an den seitlich des Zentralstrahls 9 in der Bestrahlungsanlage } angeordneten /weiten Strahlendctektor 8 angeschlossen ist. Der Ausgang des Dosisleistungs-Frcquenz-Wandlers 17 liegt jedoch an zwei verschiedenen Untersetzern 18 und 19 an, von denen der eine Untersetzer 18 nine Frequenz fo und der

andere Untersetzer eine Frequenz von 1,22 fo erzeugt. Beide Unterselzcraiisgänge liegen an je einem Impulszähler 20 bzw. 21 an. dem jeweils wiederum ein Digital Komparator 22 bzw. 23 nachgcschaltet ist. Die beiden Digital-Komparatoren 22 und 23 werden durch einen gemeinsamen .Stelleingang 24 auf den gleichen Wert vorangestellt. Der Ausgang des Digital Komparalors 22. der der untersetzten Frequenz fo zugeordnet ist. ist an den Abschaltautomaten 16 des Slrahlcnmonilors Il angeschlossen. Außerdem ist er mit einer optischen und einer akustischen Signalanlage 26 bzw. 25 verbunden. Der Digital Komparator 23. der der Untersclzerfrequcnz 1,22 fo zugeordnet ist. ist über ein UND-Gatter 27. das auch mit dem Abschallaulomalen 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 Strahlcndeteklor 7 des Strahlcnmonitors 11. bevor sie das zu bestrahlende Objekt 2 b/w. den Patienten erreicht. Die Signale dieses Strahlendeteklors 7 werden vom Dosisleistungs-Frcquenz-Wandlcr 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 appliziercnden Strahlendosis vorangestellt werden kann, schaltet das Ausgangssignal des Impulszähler 14. das der vorangestellten Dosis entspricht, an den Abschaltautomatcn durch So angesteuert, schaltet dieser die Bestrahlungsanlage I ab.

Während der Bestrahlung ist jedoch auch der zweite Strahlcndctektor 8. der im Ausführungsbeispiel dem Kontrollmonitor 12 zugeordnet ist. der Strahlung ausgesetzt. Die Signale dieses zweiten Strahlendetektors gelangen in den Fingang des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlcrs 17 und erzeugen dort eine tier gemessenen Dosisleistung proportionale Frequenz χ ■ fo. Diese Frequenz kann sowohl aufgrund der die Frequenz * fo untersetzt. Dies kann beispielsweise um einen Faktor K)⁴ geschehen. Dabei sind die beiden Untersetzer 18. 19 des Kontrollmonitors 12 so ausgewählt, dall sich ihre Untcrsetzungsverhällnissc um den Faktor 1.22 unterscheiden, wenn man Toleranzahweichungen von ± 10% gerade noch zulassen will. Dieser Unterschied ergibt sich dadurch, dal) zur Überwachung der Plus- und der Mintistoleranz bei jeweils lO'Vniger Abweichung sieh 110:90= 1.22 ergeben. Die den beiden Impulszählern 18, 19 des K on trol !monitors nachge-.rhallclen Digital-K onipara toren 22, 23 werden über den gemeinsamen Slcllein gang 24 auf die gleiche /ählstelliing voreingeslelll. Dabei ist diese Voreinstellung unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Impulsfrequenz, die den Impulszählern des Konirollmonitors und des Strahlenmonilors zugeleitet werden unter I Imstündcn sehr verschieden gegenüber der Voreinstellung des Digital-Komparalors 15 lies Strahlenmonilors II. Sie ist jedoch für jede Bestrahlungsanlage konstant, so dali auch die Digiial-Komparaloren des Slrahlenmonilors M und des Kontrollmonitors 12 gemeinsam mit einem entsprechend übersetzenden Stellglied auf den gewählten Sollwert der Strahlendosis eingestellt werden können. D.iiii'.ch sind die Digital Komparaloren 15. 22, 2.3 so abgestimmt, daß der dem Untersetzer 18 mit der Aiisgaiigsfrequenz fo nachgcschallele Digilal-Kompa rator 20 erst bei einer 10% über dem Sollwert liegenden Strahlendosis anspricht, der Digital-Komparator 15 des Sirahlenmonitors, bei der dem Sollwert entsprechenden Dosisleistung und der Digital-Komparalor 23. der dem Untersetzer 19 mit der Ausgangsfrequcnz 1.22 /V> zugeordnet ist. bei einer um 10% unter dem Sollwert liegenden Dosis anspricht. Das hat zur F'olgc. daß wenn der Abschaltautomat 16 des Strahlcnmonitors Il nicht oder nicht rechtzeitig vom Digital-Komparator 15 so doch zumindest bei einer Dosis, die 10% über dem vorangestellten Sollwert liegt, vom Digital-Komparalor 22 des Kontrollmonitors 12 angesteuert wird. In jenen Fällen, in denen jedoch der Strahlcnmonitor 11

Strahlendctcktors 8. infolge anderer Flmpfindlichkcit dieses zweiten Strahlcndelckiors. als auch durch abweichende Übersetzungscigenschaftcn des Dosislei· stungsl requenz-Wandlcrs 17 im Kontrollmonitor 12 von der Frequenz f\ des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers 13 stark abweichen. Durch die dem Dosislcistungs-Frequenz-Wandler 17des Kontrolltnonilors nachgeschalteten beiden Untersetzer 18, 19 wird ten Dosis abschaltet, wird die Blockierung der Anlage durch den Ausgang des Digital-Koniparators23. der vor l-.rreichen 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 Abschaltautomalen 16. d. h. die Minuslolcranzübcrschrcitung. aufmerksam gemacht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Überwachungseinrichtung einer Anlage /ur 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 Dosisleislungs-Frequenz-Wandler mit nachgeschaltcten Impulszählern und Digital-Komparatoi en 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 Untersetzungsvcrhältnissen nachgeschalte! sind, daß die zusammen einstellbaren Vorwahl-Impulswcrte des Digilal-Komparators (15) des Hauptmonitors (11) und der Digital-Komparatorcn (22, 23) des Kontrollmonitors (12) derart aufeinander abgestimmt sind, daß der dem um den höheren Faktor untersetzenden Frequenzuntersetzer (18) zugeordnetem Digitai-Komparator (22) des Kontrollmonitors (12) bei einem um einen der halben Fehlcrbandbreite entsprechenden Wert unterhalb, der dem um den niedrigeren Faktor untersetzenden Frequenzuntersetzer (19) zugeordnete Digitai-Komparator (23) des Kontrollmonitors (12) um einen entsprechenden Wert oberhalb der durch die Impulsvorwahl vinr Digital-Komparalors (15) des Hauptmonitors (II) best, nmtcn Dosissollwcrt 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 untersetzenden Untersetzer (19) zugeordneten Digilal-Komparators (23) an ein Hauptschüt/. (28) zur Blockierung der gesamten Bestrahlungsanlage (I) angeschlossen ist.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch I, bei der der Kontrollmonitor einem separaten Slrahlendctcktor nachgcschaltct ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser separate Strahlcndclcklor (8) seitlich des Zcnlralstrahls (9) angeordnet ist.

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

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

5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupt- und der Kontrollmonitor (II, 12) einem gemeinsamen Strahlendelektor (7) nachgeschaltet sind.