DE2738856C3

DE2738856C3 - Strahlerkopf eines Elektronenbeschleunigers

Info

Publication number: DE2738856C3
Application number: DE2738856A
Authority: DE
Inventors: Leonhard Dipl.-Phys. Lafayette Calif. Taumann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-04-13
Filing date: 1977-08-29
Publication date: 1981-11-05
Also published as: DE2738856A1; US4140129A; FR2387497B1; DE2738856B2; JPS6028506B2; JPS53128182A; FR2387497A1; GB1597328A; CA1094697A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlerkopf für einen Elektronenbeschleuniger mit einer verstellbaren Primärstrahlenblende und mit einem Zubehörhalter für die Befestigung, u. a. von Elektronentubussen mit einer den Elektronenstrahlenkegel umschließenden Tubuswand und einem am Patienten zur Anlage bringbaren, an der Tubuswand befestigten rahmenförmigen Abstandshalter.

Bei der Bestrahlung von Patienten mit Elektronenstrahlen ist es wegen der Streuung der Elektronen in Luft notwendig, den Elektronenstrahlenkegel durch einen Tubus, der den Zwischenraum zwischen dem Strahlerkopf und dem Patienten überbrückt, abzuschirmen. Hierzu ist es bekannt, an dem Zubehörhalter des Strahlerkopfes Elektronentubusse zu befestigen. Diese Elektronentubusse werden unmittelbar am Patienten zur Anlage, gebracht Sie haben die weitere Funktion, den Abstand des Patienten vom Strahlerkopf, der für die Dosisberechnung mit hoher Genauigkeit eingehalten werden muß, festzulegen. Einige solcher Elektronentubusse sind der leichteren Positionierung halber durchsichtig ausgeführt. Ihr einer Nachteil, die unmittelbare Zugänglichkeit zu dem zu bestrahlenden Feld, d. h. zu der Hautoberfläche des Patienten mit den darauf angebrachten Markierungen zu behindern, ist bereits dadurch behoben worden, daß man solche Elektronentubusse um 10 bis 20 cm gekürzt hat und statt dessen am Elektronentubus in dem einzuhaltenden Abstand vom Strahlerkopf einen an Stützen gehalterten rahmenförmigen Abstandshalter befestigt hat, vergleiche z. B. Bengt Lindskoug u. Arne Dahler »Collimating System for Elektron Beams«, 1970, S. 454-463, Veröffentlichung der Abteilungen für Strahlenphysik und Strahlentherapie der Universität Göteborg, Schweden. Bei solchen Elektronentubussen wurde es jedoch als nachteilig empfunden, daß die Strahlenqualität im Randbereich des Strahlenkegels infolge von Streu- und Sekundärelektronen eine deutliche Erhöhung des

so niederenergetischen Strahlenanteils aufweist. Infolge der energieabhängigen Reichweite der Elektronen ist dadurch ein stärkerer Dosisleistungsabfall im Randbereich des Strahlenkegels in der Tiefe des Gewebes festzustellen als im zentralen Bereich des Strahlenkegels. Weiterhin wurde es als nachteilig empfunden, daß bereits geringfügige Abweichungen der Symmetrieachse des Tubus vom Zentralstrahl, d. h. der Achse des Strahlenkegels, zu deutlich veränderten Dosisleistungen im Randbereich des Strahlenkegels führen.

Aus der GB-PS 14 12 685 ist eine Strahlenblende für hochenergetische Elektronenstrahlung bekannt, bei der die Blendenplatten an ihren dem Patienten zugewandten Enden mit mehreren parallel zu ihnen ausgerichteten und bewegten Blendenplatten, den sog. Kämmen verbunden sind. Mit diesen Kämmen, die das gleiche Strahlenfeld wie die zugehörigen Blendenplatten begrenzen, werden Streuelektronen ausgeblendet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe

zugrunde, einen Strahlerkopf der eingangs genannten Art so auszubilden, daß soweit wie möglich im gesamten Strahlenkegel nicht nur gleich große Dosisleistungen, sondern auch gleiche Strahlenqualitäten, d.h. die gleichen Energiespektren der Elektronen ermöglicht werden. Darüber hinaus sollte dieser Strahlerkopf eine möglichst große Betriebssicherheit mit geringen Anforderungen an das Bedienungspersonal verbinden.

Diese Aufgabe wird bei einem Strahlerkopf der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Jie zugehörigen Elektronentubusse mit je einem genormten, in seinen äußeren Abmessungen an den Zubehörhalter des Strahlerkopfes angepaßten und mit einer abtastbaren Kodierung für die Tubusweite versehenen Tragrahmen ausgerüstet sind und der 1=, Tubuswand eines jeden Elektronentubus zum Zwecke der Begrenzung des Elektronenstrahlenkegels an ihrem dem Strahlerkopf abgewandten Rand eine zusätzliche rahmenförmige Ausblendung zugeordnet ist.

Durch die zusätzliche rahmenförmige Ausblendung im Elektronentubus wird erreicht, daß alle im Randbereich des Strahlenkegels bis daher erzeugten Streubzw. Sekundärelektronen ausgeblendet werden. Damit sinkt die Dosisleistung im Randbereich des Strahlenkegels etwas ab (max. 25%). Bei den bisherigen Elektronentubussen ohne rahmenförmige Ausblendung im Elektronentubus wurde die Dosisleistung in diesem Randbereich durch die an den Tubuswänden erzeugten Streuelektronen ausgeglichen. Dieser Streuelektronenanteil trug jedoch nicht zu einer höheren Dosisleistung in der Tiefe des zu bestrahlenden Objektes bei. Er erhöht nur die Oberflächendosis und damit die Hautbelastung der Patienten. Infolge der rahmenförmigen Ausblendung und des reduzierten Streustrahlenanteils können auch geringe Anforderungen an die ss Zentrierung des Elektronentubus zum Strahlenkegel gestellt werden, weil die Streuung an der Tubuswand auch bei geringfügig exzentrischer Befestigung des Tubus wegfällt und ihr Anteil im Strahlenfeld daher nicht unsymmetrisch werden kann. Zugleich wird durch die Kodierung eine zur Tubusweite unpassende Einstellung der Primärstrahlenblende bemerkbar. Damit ist die Voraussetzung geschaffen, um eine rationelle Überwachung des Elektronenbeschleunigers zu erreichen.

Fehleinstellungen werden vermieden, wenn der Zubehörhalter des Strahlerkopfes in Weiterbildung der Erfindung mit Fühlern für die Kodierung der Tragrahmen ausgerüstet ist, die an Schaltmitteln für einen Überwachungsstromkreis und einen Stelltrieb für die Primärstrahlenblende angeschlossen sind. Hierdurch wird verhindert, daß beim Einsetzen eines Elektronentubus mit einer falschen Einblendung der Primärstrahlenblende gearbeitet werden kann. Auch kaim so am Bedienungspult der Bedienungsperson die Art des eingesetzten Elektronentubus angezeigt werden.

Die Homogenität des eingeblendeten Elektronenstrahls kann noch weiter verbessert werden, wenn in besonders zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung die Tubuswand mit Ausnahme der zusätzlichen rahmenförmigen Ausblendung so weit gehalten ist, daß sie außerhalb der durch die Kodierung veranlaßten Einblendung des Strahlenkegels liegt. Das hat zur Folge, daß im Elektronentubus überhaupt weniger Streustrahlung entsteht. Diese entsteht im wesentlichen nur noch an den Primärstrahlenblenden und an der zusätzlichen rahmenförmigen Ausblendung des Elektronentubus. Auf diese Weise wird eine weitere spektrale Verbesserung der Strahlenqualitat und letztendlich eine geringere Hautbelastung erreicht.

Die Einstellung auf einen zu bestrahlenden Patienten läßt sich beträchtlich erleichtern, wenn der Abstandshalter in Weiterbildung der Erfindung in Strahlenrichtung verschiebbar gelagert ist und durch eine elastische Kraft vom Strahlerkopf weg gegen mindestens einen seinen Sollabstand definierenden Anschlag gedruckt ist. Bei dieser Ausführung des Abstandshalters kann sich der Patient im Notfall bewegen. Fehlbedienungen der Stelltriebe von Tisch und Strahlerkopf haben keine Verletzung des Patienten zur Folge.

Die Überwachung der ordnungsgemäßen Anlage des Abstandshalters am Patienten wird erleichtert, wenn der Abstandshalter gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mit Stützen gehaltert ist, die je mit einer Marke versehen sind, die die Verschiebung der Stützen aus ihrer Anlage am Anschlag erkennen läßt. Hierdurch kann die Bedienungsperson mit einem Blick auf die Markierungen feststellen, ob der Abstandshalter gerade leicht am Patienten anliegt.

Die Überwachung wird noch weiter erleichtert, wenn dem Abstandshalter in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung Schaltmittel zugeordnet sind, die durch Anlage an seine seinen Sollabstand vom Strahlerkopf definierenden Anschläge betätigt sind. Hierdurch wird ein elektrisches Signal erzeugt, das sowohl einer Anzeigevorrichtung am Bedienungspult zugeleitet werden kann als auch die sofortige Unterbrechung der Bestrahlung beim Zurückdrücken des Abstandshalters durch den Patienten veranlassen kann.

Weitere Fortbildungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ein Strahlerkopf eines Elektronenbeschleunigers mit einem vorbekannten Elektronentubus werden anhand der Figuren erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den teilweise aufgebrochenen Strahlerkopf eines Elektronenbeschleunigers mit einem vorbekannten Elektronentubus,

F i g. 2 einen teilweise aufgebrochenen Strahlerkopf eines Elektronenbeschleunigers mit einem eingesetzten Elektronentubus gemäß dem Ausführungsbeispiel,

F i g. 3 eine vergrößerte Darstellung der Befestigung der Stützen des Abstandshalters in der Tubuswandang und

Fig. 4 eine in der Ebene IV-IV der Fig. 2 geschnittene Ecke des Zubehörhalters mit eingeschobenem Tragrahmen.

Die F i g. 1 zeigt den Strahlerkopf 1 eines Elektronenbeschleunigers und die bisher übliche Anordnung des Zubehörhalters 2 und des Elektronentubus 3. Die im Durchbruch 4 des Strahlerkopfes 1 in der F i g. 1 erkennbaren Blendenplatten 5,6, 7 der Prinärstrahlenblende sind, wenn mit Elektronen und nicht mit Röntgenstrahlen bestrahlt werden soll, ganz geöffnet, so daß der Elektronenstrahlenkegel 8 streifend auf die Wandung 9 des Elektronentubus 3 auftritt. Dadurch werden im Randbereich des Tubus zusätzlich sekundäre Elektronen erzeugt, die in den Strahlenkegel hereingestreut werden. Sie kompensieren so den üblichen Dosisleistungsabfall im Randbereich des Strahlenkegels. Sie sind in der F i g. 1 gestrichelt eingezeichnet. Um an die auf der Hautoberfläche des Patienten angebrachten Marken für das Bestrahlungsfeld heran zu können und um den Elektronentubus besser auf das Bestrahlungsfeld einrichten zu können, ist die Wandung 9 des Elektronentubus in einem Abstand von 10 bis 15 cm von

dem dem Patienten zugewandten Rand durchbrochen. Der dem Patienten zugewandte Rand bleibt so als rahmenförmiger Abstandshalter bestehen.

Die Fig. 2 zeigt einen anderen, teilweise aufgebrochenen Strahlerkopf 10 eines Elektronenbeschleunigers. ^r> Durch den Durchbruch 11 hindurch erkennt man die verstellbaren IM ndenplatten 12,13,14 der Primärstrahlenblende. Am Strahlerkopf 10 ist ein Zubehörhalter 15 angebracht. In den Einschubrahmen 56 des Zubehörhalters ist ein Elektronentubus 16 eingeschoben dargestellt, κι Der Elektronentubus 16 besteht aus einem rechteckigen, in seinen AuUenabmessungen den Abmessungen des Zubehörhalters 15 angepaßten Tragrahmen 17, einer am Tragrahmen befestigten, den Strahlenkegel umschließenden Tubuswand 18 sowie einem in einem vorgegebenen Abstand von der Tubuswand angeordneten separaten Abstandshalter 19. Wie in der Fig. 2 gut zu erkennen ist, ist die Tubuswand 18 an ihrem dem Strahlerkopf 10 abgewandten Ende mit einer zusätzlichen rahmenförmigen Ausblendung 20 versehen. Diese rahmenförmige Ausblendung dient der zusätzlichen Feldausbildung.

Der Abstandshalter 19 besteht aus einem vorzugsweise aus Aluminium gefertigten Rahmen 21, der über vier Stützen 22, 23 (nur zwei dargestellt) in einem vorgegebenen Abstand vor der patientenseitigen Stirnfläche der Tubuswand 18 gehaltert ist. Die Stützen 22, 23 sind, wie in der vergrößerten Darstellung der F i g. 3 gezeigt ist, in parallel zur Symmetrieachse des Elektronentubus an der Tubuswand befestigten Hülsen in 24,25 verschiebbar gelagert. Die Stützen sind zu diesem Zweck an ihrem in der Hülse 24, 25 steckenden Ende kolbenartig erweitert. Sie werden durch je eine Feder 26 gegen eine Anschlagfläche 27 gepreßt. An jener Stelle, an der sich die kolbenartige Erweiterung der Stützen 22, κ 23 in ihrer Ruhelage an der Anschlagfläche abstützt, ist ein federbelasteter Fühler 28 für die Anlage der Stütze an der Anschlagfläche 27 vorgesehen, durch den ein elektrischer Schalter 29 betätigbar ist. Die Stelle einer jeden Stütze, die bei der Anlage an der Anschlagfläche gerade aus der Hülse 24, 25 vorschaut, ist durch einen farbigen Ring 30 gekennzeichnet.

In dem in der F i g. 4 dargestellten Schnitt durch eine Einschubebene des Zubehörhalters 15 für den Elektronentubus 16 ist die Anordnung der Schalter 31 bis 39 zu erkennen, durch die die am Tragrahmen 17 vorgesehenen Nocken 40 bis 45 abgetastet werden. Diese Nocken sind im Tragrahmen entsprechend einem Code, durch den die Weite des Elektronentubus 16 festgelegt ist, angeordnet. An einer der seitlichen Führungen 46 des 5« Tragrahmens 17 ist eine Einkerbung 47 für eine im Zubehörhalter 15 vorgesehene Rastklinke 48 eingelassen. Diese Rastklinke sichert den Eiektronentubus 16 in seiner voll eingeschobenen Stellung. Sie ist durch eine Feder 49 belastet. Ihre Stellung wird durch einen weiteren Schalter 50 abgetastet. Dieser Schalter 50 ist in Serie zu anderen Schaltern, die die Nocken 40 bis 45 des Tragrahmens des Elektronentubus 16 abtasten, geschaltet.

Beim Einschieben eines Elektronentubus 16 in den m> Zubehörhalter 15 des Strahlerkopfes 10 muß dieser vollständig bis zum Anschlag und bis zum Einrasten der Rastklinke 48 in die Einkerbung 47 eingeschoben werden, damit der an der Rastklinke angeordnete, deren Lage abtastende Schalter 50 im Sinne einer Freigabe der Bestrahlung betätigt wird. In dieser Stellung ist der Elektronentubus 16 im Zubehörhaltcr 15 arretiert. In dieser Stellung sind aber auch die Nocken 40 bis 45 an der Stirnseite des Tragrahmens 17 gegen die in der Einschubebene des Zubehörhalters 15 für den Eleklronentubus eingelassenen Schalter 31 bis 39 gepreßt. Diese Schalter greifen daher die Codierung der Nocken ab. Sie sind in hier nicht dargestellter Weise an den Stelltrieb 51 für die Blendenplatten 12, 13, 14 der Primärstrahlenblende des Strahlerkopfes 10 angeschlossen und verstellen diese Primärstrahlenblende entsprechend der abgetasteten Codierung und somit entsprechend den Abmessungen des eingeschobenen Elektronenstrahlentubus 16. Es wäre auch möglich, die Primärstrahlenblende von Hand zu verstellen und die Bestrahlungsanlage bei Übereinstimmung der Blendeneinstellung mit der durch die Schalter abgegriffenen Codierung des Tubus zu entriegeln. Die durch den eingeschobenen Elektronentubus auf diese Weise erzwungene Einblendung des Elektronenstrahlers 52 ist so ausgelegt, daß der Elektronenstrahl zwar die zusätzliche an dem Elektronentubus vorgesehene rahmenförmige Ausblendung 20 der Tubuswandung trifft, nicht jedoch die Tubuswand 18 selbst. Hierdurch wird vermieden, daß an der Tubuswand Sekundärelektronen erzeugt werden. Die an den Blendenplatten 12, 13, 14 der Primärstrahlenblende erzeugten Sekundärelektronen werden durch diese zusätzliche rahmenförmige Ausblendung 20 weitgehend ausgeblendet.

Der in seiner Ruhestellung von den Federn 26 im vorgegebenen Abstand vor der rahmenförmigen Einblendung 20 und damit vom Strahlerkopf 10 gehaltene Abstandshalter 19 muß bei der Bestrahlung am Patienten zur Anlage gebracht werden. Damit ist der vorgegebene Bestrahlungsabstand eingehalten. In diesem vorgegebenen Abstand hat der u. a. aus Polystyrol gefertigte Rahmen 21 des Abstandshalters 19 die Funktion einer zusätzlichen Strahlenblende für die an der zusätzlichen rahmenförmigen Ausblendung 20 des Elektronentubus 16 und durch die Streuung an den Luftmolekülen bedingte Aufweitung des Elektronenstrahles 52. Infolge der Verschiebbarkeit des Abstandshalters 19 senkrecht zur Strahlenrichtung behindert er weder beim Einrichten eine gelegentliche Bewegung des Patienten noch die Zugänglichkeit zu den auf der Hautoberfläche des Patienten eingetragenen Markierungen für das Strahlenfeld. Darüber hinaus verhindert er Verletzungen des Patienten bei Fehlbedienung der Stelltriebe. Die richtige Anlage des Patienten am Abstandshalter 19 läßt sich visuell dadurch kontrollieren, daß man feststellt, ob die farbigen Ringe 30 aus den Hülsen 24, 25 vorstehen oder nicht. Sind die farbigen Ringe nicht zu sehen, so ist der Abstandshalter 19 zu sehr eingedrückt. Die den Hülsen 24, 25 zugeordneten Schalter 29 kontrollieren diese Stellung der Stützen 22, 23 des Abstandshalters 19. Sie sind untereinander in Serie geschaltet Durch die Schalter 29 wird die voll ausgefahrene Stellung des Abstandshalters 19 überwacht und am Bedienungspult angezeigt Gegebenenfalls können sie an einen weiteren Überwachungsstromkreis 53 für die Bestrahlungsanlage angeschlossen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Strahlerkopf für einen Elektronenbeschleuniger mit einer verstellbaren Primärstrablerblende und mit einem Zubehörhalter für die Befestigung, u. a. von Elektronentubussen mit einer den Elektronenstrahlenkegel umschließenden Tubuswand und einem am Patienten zur Anlage bringbaren, an der Tubuswand befestigten rahmenförmigen Abstandshalter, dadurch gekennzeichnet, daß die zugehörigen Elektronentubusse (16) mit je einem genormten, in seinen äußeren Abmessungen an den Zubehörhalter (15) des Strahlerkopfes (10) angepaßten und mit einer abtastbaren Kodierung (40 bis 45) für die Tubusweite versehenen Tragrahmen (17) ausgerüstet sind und der Tubuswand (18) eines jeden Elektronentubus zum Zwecke der Begrenzung des Elektronenstrahlenkegels an ihrem dem Strahlerkopf (10) abgewandten Rand eine zusätzliche rahmenförmige Ausblendung (20) zugeordnet ist.

2. Strahlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zubehörhalter (15) des Strahlerkopfes (10) mit Fühlern für die Codierung der Tragrahmen (17) ausgerüstet ist, die an Schaltmitteln (31 bis 39) füi einen Überwachungsstromkreis (53) und einen Stelltrieb (51) für die Primärstrahlenblende (12,13,14) angeschlossen sind.

3. Strahlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tubuswand (18) mit Ausnahme der zusätzlichen rahmenförmigen Ausblendung (20) so weit gehalten ist, daß sie außerhalb der durch die Codierung veranlaßten Einblendung des Strahlenkegels (52) liegt.

4. Strahlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (19) in Strahlenrichtung verschiebbar gelagert ist und durch eine elastische Kraft (26) vom Stahlerkopf (10) weg gegen mindestens einen seinen Sollabstand definierenden Anschlag (27) gedrückt ist.

5. Strahlerkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (19) mittels Stützen (22, 23) gehaltert ist, die je mit einer Marke (30) versehen sind, die die Verschiebung der Stützen aus ihrer Anlage am Anschlag (27) erkennen läßt.

6. Strahlerkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abstandshalter (19) Schaltmittel (29) zugeordnet sind, die durch Anlage an seine seinen Sollabstand vom Strahlerkopf (10) definierenden Anschläge (27) betätigt sind.

7. Strahlerkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (29) an einen Überwachungsstromkreis (53) für den Elektronenbeschleuniger angeschlossen sind.

8. Strahlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zubehörhalter (15) des Strahlerkopfes (10) mit einer in eine Kerbe (47) des vollständig eingeschobenen Tragrahmens (17) in Eingriff bringbaren Rastklinke (48) versehen ist.

9. Strahlerkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rastklinke (48) ein ihre Stellung abtastender Schalter (50) zugeordnet ist, der an einen Überwachungsstromkreis (53) für den Elektronenbeschleuniger angeschlossen ist.

10. Strahlerkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der die Stellung der Rastklinke (48) kontrollierende Schalter (50) zur Kontrolle der Lage des Tragrahmens (17) in Serie mit den die Codierung abgreifenden Schaltmitteln (31 bis 39) des Zubehorhalters (15) geschaltet ist.

11. Strahlerkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite des Rahmens (21) des rahmenförmigen Abstandshalter« (19) in seinem Sollabstand den gleichen Strahlenkegel begrenzt wie die rahmenförmige Ausblendung (20) der Tubuswand (18).