DE3851119T2

DE3851119T2 - Mehrschicht-Kollimator.

Info

Publication number: DE3851119T2
Application number: DE3851119T
Authority: DE
Inventors: Brian Sydney Driver; Francis Johannes Span
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Elekta AB
Priority date: 1987-10-28
Filing date: 1988-10-06
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2008-10-07
Also published as: JPH01146565A; JP2644008B2; US5012506A; EP0314214A3; GB2211710A; DE3851119D1; GB8725254D0; EP0314214B1; EP0314214A2

Description

Die Erfindung betrifft einen Kollimator für ein Bündel hochenergetischer Strahlung, das aus einer im wesentlichen punktförmigen Strahlungsquelle emittiert wird, mit einer Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung mit einer Anzahl benachbarter Paare einander gegenüberliegender und im Querschnitt keilförmiger Blätter, in der benachbarte Blätter zur Bildung einer fächerförmigen Konfiguration nebeneinander angeordnet sind, die im wesentlichen nach einem Scheitelpunkt an der wirksamen Punktstelle der Strahlungsquelle konvergieren, wobei jedes keilförmige Blatt für Translationsverschiebung in einer Richtung quer zum Strahlungsbündel derart auf einer Trägerstruktur angebracht ist, daß die Blätter jedes Paares unabhängig voneinander nacheinander hin und voneinander weg verschoben werden können, mit Lagermitteln zwischen jedem Blatt und der Trägerstruktur, mit Antriebsmitteln zum voneinander unabhängigen Verschieben jedes Blatts und mit Lesemitteln zum Bestimmen der Position der Blätter. Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Quelle durchdringender Strahlung, die durch hochenergetische Photonen von Röntgen- oder Gamma-Strahlung oder durch hochenergetische Teilchen wie Elektronen oder Protonen gebildet wird, mit einem Kollimator der eingangs erwähnten Art. Eine Anwendungsmöglichkeit für eine derartige Quelle liegt in der Bestrahlungstherapie bei der Behandlung bösartiger Tumoren.
Eine Form eines Mehrblatt-Kollimators eingangs erwähnter Art ist in der europäischen Patentanmeldung A-0-193 509 beschrieben. Der hier beschriebene Mehrblatt-Kollimator ist als Fortsetzung eines herkömmlichen Kollimatorkopfes dargestellt und die dabei gebildete Struktur bedeutet eine starke Vergrößerung der Masse des Behandlungskopfes und verlängert stark den Kopf in der Richtung des Patienten und bedeutet eine bedeutende Vergrößerung der Abmessung der Bündelaustrittsapertur. Das bedeutet, daß es nicht möglich ist, Standardhilfsausrüstung zu verwenden, die normalerweise in Zusammenarbeit mit einer Bestrahlungstherapiequelle verwendet wird, wie z. B. Standard-Elektronenbestrahlungstuben oder Zeiger, und dabei würde allgemein zu wenig Raum zwischen der Quelle und dem Patienten übrigbleiben, um nach Bedarf eine Sperrblende einzufügen.
In FR 2524655 ist ein Kollimator mit zwei Paaren senkrecht aufeinander stehender Begrenzungsblöcke beschrieben. Die Innenseiten der Blöcke, die mit dem Strahlungsbündel in Wechselwirkung stehen, sind zylinderförmig, um durch Anstrahlen eines Tangentialanteils der Oberflächen mit dem Strahlungsbündel Halbschatten zu verringern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kollimator der eingangs erwähnten Art und eine Quelle mit diesem Kollimator zu schaffen, die die obigen Nachteile verringern und eine Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung schaffen können, die nicht größer ist als und einen direkten Ersatz bilden kann für eine herkömmliche Sperrblendenvorrichtung, wodurch die Verwendung von Standardhilfsgeräten, wie z. B. Elektronenbestrahlungstuben und Zeiger und nach Bedarf die Verwendung einer Sperrblende möglich wird.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe ein Kollimator der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Paar einander gegenüberliegender Blockblendenblätter auf einer Trägerstruktur für unabhängige Translationsverschiebung nacheinander hin und voneinander weg in einer Richtung quer zu der des Strahlungswegs von der Quelle angeordnet ist, und ein zweites Paar einander gegenüberliegender Blockblendenblätter auf einer Trägerstruktur für unabhängige Translationsverschiebung nacheinander hin und voneinander weg in einer Richtung quer zum Strahlungsweg von der Quelle und senkrecht auf die Verschiebungsrichtung des ersten Paares einander gegenüberliegender Blockblendenblätter angeordnet ist, und daß die Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung zwischen der Quelle und den Blockblendenblättern angeordnet ist.
Die Translationsverschiebung jedes Blatts der Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung kann derart vorgesehen werden, daß sie auf einem geradlinigen Weg senkrecht zur mittleren Achse des Strahlungsbündels erfolgt, und die innere Endfläche jedes Blatts in der Strahlungsbündelrichtung gebogen werden kann, so daß sie tangential zur benachbarten Bündelbegrenzung für alle Verschiebungsrichtungen des Blattes verläuft. Auf diese Weise kann der Halbschatten zu einem optimalen Maß über den Einstellbereich reduziert werden. Das erste Paar einander gegenüberliegender Blockblendenblätter kann auf ähnliche Weise in einer Richtung übersetzt werden, die parallel zu der der Blätter der Vorrichtung verläuft, und ihre inneren Enden können zum Reduzieren des Halbschattens und zum Erzeugen einer kompakten Vorrichtung auf ähnliche Weise optimal gebogen werden. Das zweite Paar einander gegenüberliegender Blockblenden kann mit planaren inneren Enden versehen und während der Translationsverschiebung zum Aufrechterhalten der Parallelität der Endflächen mit der Bündelbegrenzung gedreht werden.
Die kompakte Vorrichtung, die mit einem erfindungsgemäßen Kollimator erhalten werden kann, kann sich in einem herkömmlichen Radiotherapie-Kollimatorkopf befinden, wodurch Standardhilfsgeräte, wie Zeiger und Elektronenbestrahlungstuben auf herkömmliche Weise darauf montiert werden können. Da der übliche Spielraum zwischen dem Kollimatorkopf und dem Patienten dabei aufrechterhalten wird, kann nach Bedarf eine Sperrblende verwendet werden. Eine erfindungsgemäße Kollimatorvorrichtung kann die Eigenschaften eines Mehrblatt-Kollimators mit einer wesentlichen Ersparung in den Kosten und im Gewicht gegenüber dem bisher beschriebenen versorgen. Also kann das Gewicht eines erfindungsgemäßen Kollimators gegenüber dem eines Standard-Kollimatorkopfes mit nur Blockblenden nur geringfügig größer sein.
Außerdem kann ein erfindungsgemäßer Kollimator einen niedrigen Hintergrundstrahlungspegel außerhalb des von den ersten und zweiten Paaren von Blockblendenblättern definierten Rahmens liefern, der dem eines Standard-Kollimatorkopfes äquivalent ist, während die Leckstrahlung eines früheren Mehrblatt-Kollimators in der Praxis wesentlich größer sein kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1(a) und (b) senkrecht aufeinanderstehende Ansichten zur Veranschaulichung des Umrisses von Radiotherapiegeräten mit einer Kollimiervorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 und 3 orthogonale Axialschnitte durch einen erfindungsgemäßen Kollimatorkopf auf der zentralen Achse des Strahlungsbündels,
Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung des vom Kollimator erzeugten Bestrahlungsfeldes,
Fig. 5 eine größere Darstellung zur Veranschaulichung des Lagerträgers für die Mehrblatt-Kollimatorblätter,
Fig. 6 (a) und (b)die Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung im Querschnitt bzw. in der Endansicht, und
Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung zur Veranschaulichung eines alternativen Lagerträgers für die Mehrblatt-Kollimatorblätter.
In Fig. 1(a) und (b) sind Radiotherapiegeräte zum Bestrahlen eines vorgegebenen Gebiets eines Patienten 8 mit einem Bündel hochenergetischer Strahlung, wie z. B. Elektronen- oder Röntgenstrahlen, schematisch dargestellt. Der Patient 8 liegt auf einem einstellbaren Untersuchungstisch 1. Eine im wesentlichen über 360 Grad um eine Horizontalachse 3 drehbare Bestrahlungsbrücke 2 trägt eine Elektronenquelle 4, einen Linearbeschleuniger 5, der die Elektronen auf eine wählbare Energie typisch im Bereich 4-25 MEV beschleunigt, ein Bündelablenksystem 6, das die Elektronen über einen größeren Winkel als 90 Grad ablenkt, so daß das Bündel normalerweise auf die Achse 3 gerichtet ist, und einen Kopf 7, der Mittel 5 zum Liefern des Radiotherapiebündels mit den gewünschten Eigenschaften und einen erfindungsgemäßen Kollimator enthält. Das Radiotherapiebündel kann das Elektronenbündel aus dem Linearbeschleuniger oder ein Bündel hochenergetischer Röntgenstrahlen sein, das dadurch erzeugt wird, daß das Elektronenbündel nach dem Ablenken bei 6 ein geeignetes Röntgenstrahlungstarget streift. Der Linearbeschleuniger 5 und das Bündelablenksystem 6 sind außerdem derart angeordnet, daß sie das Elektronenbündel im wesentlichen in einen Punktfokus 10 bringen, der die wirksame Punktquelle des vom Kopf 7 emittierten Strahlungsbündels bildet, sei es ein hochenergetisches Elektronenbündel oder ein hochenergetisches Röntgenstrahlungsbündel, das erzeugt wird, wenn sich im Punkt 10 ein Röntgenstrahlungstarget befindet.
Der normale radiale Abstand von der Quelle 10 nach der horizontalen Achse 3, d. h. bis zum Isozentrum, beträgt 100 cms.
In Fig. 2 und 3 sind schematisch Darstellungen axialer Abschnitte des Kopfes 7 durch die zentrale Achse 11 des Bestrahlungsbündels in Richtungen senkrecht aufeinander dargestellt. Der Kopf 7, dessen Aufgabe es u. a. ist, Kollimatormittel zum Beschränken des Querschnitts des Bestrahlungstherapiebündels auf eine vorgegebene und einstellbare Weise aufzunehmen, ist mit einem äußeren Schutzgehäuse 12 und einer Trägerstruktur 13 versehen, die auf einer tragenden Bestrahlungsbrückenarm 14 mit einer Traglagerung 15 angebracht ist. Ebenso trägt der Bestrahlungsbrückenarm 14 einen Schwermetall-Primärkollimator 16 aus Wolfram oder Blei, der sich im Strahlungsweg vom Quellenpunkt 10 befindet. Der Kollimator 16 ist mit einer stumpfkegeligen konischen Apertur versehen, dessen Scheitelpunkt sich im Quellenpunkt 10 befindet und dessen trichterförmiger Winkel der gegenüber der Quelle 10 auf der Diagonale des anzuordnenden maximalen Bündelquerschnitts liegende Winkel ist, der normalerweise quadratisch ist. Hinter dem Schwermetall-Kollimator 16 sind ein herkömmliches Abflachungsfilter 8 und ein Innenkeilfilter 9 angeordnet. Eine Ionisierkammer 40 ist ebenfalls auf herkömmliche Weise zum Messen und Überwachen der Starke des Bestrahlungsbündels vorgesehen. Eine Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung 17 ist mit einer Anzahl benachbarter Paare einander gegenüberliegender Schwermetall-Blätter 18 aus Wolfram angeordnet. Jedes Blatt 18 hat einen keilförmigen Querschnitt und ist neben dem entsprechenden Blatt des folgenden Paares zur Bildung einer fächerförmigen Konfiguration zum Konvergieren im wesentlichen nach einem Scheitelpunkt an der wirksamen Punktstelle 10 der Strahlungsquelle angeordnet. Dies kann als Fokussierung der Kollimatorblätter 18 bei der Quelle 10 betrachtet werden, und bedeutet, daß jedes Blatt einen vollen Schatten im Bündel mit minimalen seitlichen Halbschatten wirft. Jedes keilförmige Blatt 18 ist für Translationsverschiebung in einer Richtung quer zum Strahlungsbündel 20 angeordnet, und derart auf einer Trägerstruktur 21 angebracht, daß die Blätter 18 jedes Paares sich unabhängig voneinander nacheinander hin und voneinander weg verschieben können, so daß die Breite des Spaltes 42 zwischen den inneren Enden eines entsprechenden Paares von Blättern 18 in ihrer Größe und in ihrer Stellung einstellbar ist. Dies ermöglicht die beliebige Definierung des emittierten Bestrahlungsfeldes vom Kopf 7 in rechteckigen Elementarstreifen, deren Winkelbreite durch die Keildicke der Blätter bestimmt wird. Dies ist in Fig. 4 mit dem offenen Rasterbereich veranschaulicht, wobei der von den einander gegenüberliegenden Blätterpaaren geworfene Schatten schattiert ist.
Erfindungsgemäß sind nacheinander auf dem Strahlungsweg von der Quelle 10 nach der einleitenden Begrenzung des Bündels durch den Primärkollimator 16 die Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung 17, ein erstes Paar einander gegenüberliegender Blockblendenblätter 30 und 31 für unabhängige Translationsverschiebung nacheinander hin und voneinander weg in einer Richtung quer zu der des Strahlungswegs von der Quelle 10 und ein zweites Paar einander gegenüberliegender Blockblendenblätter 35 und 36 für unabhängige Translationsverschiebung nacheinander hin und voneinander weg in einer anderen Richtung quer zu dem Strahlungsweg von der Quelle 10 und senkrecht auf die Verschiebungsrichtung des ersten Paares einander gegenüberliegender Blockblendenblätter 30 und 31 angeordnet. Also befindet sich die Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung bedeutend näher bei der Strahlungsquelle als im Fall der Vorrichtung nach der Beschreibung in der erwähnten europäischen Patentanmeldung Nr. 193 509, was bedeutet, daß kleinere und dünnere Kollimatorblätter verwendbar sind, um dieselbe Winkelabmessung des Strahlungsschattenelements im Isozentrum, d. h. an der Stelle des Patienten zu versorgen. Dies ergibt eine bedeutende Ersparung sowohl im Gewicht als auch in den Kosten der erforderlichen Wolframblätter, die zum Erhalten eines steuerbaren Umrisses für den Bestrahlungsbereich erforderlich sind.
Um eine möglichst kompakte Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung 17 zu erhalten, wird jedes Blatt 18 der Vorrichtung 17 unabhängig einstellbar verschiebbar auf einem geradlinigen Weg senkrecht zur zentralen Achse 11 des Bestrahlungsbündels angeordnet. Jedes Blatt 18 liegt auf den Rändern durch eine Anordnung von drei gerillten Rollen 22, zwei im Abstand auf einem Rand im vorliegenden Beispiel auf dem oberen Rand, und eine Rolle dazwischen in Kontakt mit dem anderen Rand, zum Beispiel dem unteren Rand, so daß das Blatt auf linear verschiebbare Weise für alle Änderungen im Stand des Kopfes 7 gut befestigt ist. Es soll klar sein, daß die Bestrahlungsbrücke 2 über etwa 360 Grad um die Horizontalachse 3 drehbar ist, und daß der Kopf 7 um die Bündelachse 11 mit dem Traglager 15 über etwa 200 Grad oder mehr drehbar ist. In Fig. 5 können die Rollen 22 frei um eine Schacht 23 scharnieren, der an den Enden am seitlich offenen tragenden Hohlbalken 21 befestigt ist. Jedoch wird durch das Gewicht jedes Blatts 18, das etwa 1 kg beträgt und durch die Notwendigkeit zum Tragen der 40 Blätter, die jede Seite der Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung bilden, das jeder gerillten Rolle 22 angeordnet sind und eine Abmessung zum Kontaktieren wenigstens der Innenfläche des Balkens 21 haben, die dem Rand des Blattes 18 zugewandt ist, um die tragende Kraft direkt auf den Balken 21 zu übertragen, der mit dem Tragrahmen 13 fest verbunden ist und von ihm getragen wird.
Jedes Blatt wird verschoben und in der Richtung der Verschiebung mittels einer Leitspindel (Antriebsgewindestab) 25 positioniert, von der ein Ende mit einer Mutter 26 in Form eines Zylinders mit einer diametral angeordneten Gewindeapertur zusammenarbeitet, und in einer im Blatt 18 gebildeten zylindrischen Apertur festgehalten. Das Blatt 18 ist ebenfalls mit einem Schlitz 27 zum Aufnehmen der Leitspindel 25 versehen, wenn das Blatt verschoben wird. Das andere Ende der Leitspindel 25 ist über eine flexible Kopplung 28 mit der Ausgangswelle in einem Untersetzungsgetriebekasten als Teil eines elektrischen Antriebsmotors 29 verbunden, der auf einen Feld 19 starr angebracht ist, das mit dem Tragrahmen 13 gut verbunden und von ihm getragen wird.
Die Elektromotoren 29 werden über herkömmliche Steuermittel (nicht dargestellt) gesteuert.
In Fig. 2 ist das linke Blatt 18 in der weitest eingefahrenen Position dargestellt, wodurch es möglich ist, den äußersten Begrenzungsstrahl 51 zu passieren. Das rechte Blatt 18 ist in der ganz eingezogenen Position dargestellt, daß im vorliegenden Beispiel sich halbwegs der linken Hälfte des größten Bestrahlungsfeldes befindet. Dieser Verschiebungsbereich wurde für praktische Bedingungen als ausreichend bewertet. Es sei bemerkt, daß der obere Rand 54 des Blattes 18 sich nach außen vorbei dem Hauptteil des äußeren Randes 55 erstreckte und in der zurückgezogenen Position sich vorbei der Motorplatine 19 erstreckt. Dies ist deshalb notwendig, um Tragkontakt mit der äußeren oberen Rolle 22 beizubehalten, wenn das Blatt 18 ganz in das Strahlungsbündel eingeführt ist.
Der Halbschatten, der dadurch auftritt, daß der Innenrand 50 eines Blattes 18 nicht parallel zum Begrenzungsstrahl für einige Positionen des Blatts 18 verläuft, kann derart optimiert werden, daß er ziemlich gleichmäßig minimal der Verschiebung ist, in dem der Innenrand 50 des Blatts 18 in der Strahlungsbündelrichtung gebogen wird, so daß die benachbarte Strahlbegrenzung 51, 53 für Strahlung aus der Quelle 10, die die Endfläche 50 des Blatts 18 gerade streift, tangential zur gebogenen Oberfläche 50 für alle Verschiebungspositionen des Blatts 18 ist, d. h. von voll zurückgezogen bis ganz eingeführt.
Zum Steuern der Blätter 18, werden ihre einzelnen Positionen über einen lichtreflektierenden geneigten Spiegel 60, der auf geeignete Weise mit einer Metallbeschichtung "MYLAR" versehen und für hochenergetische Strahlung transparent ist, von einer Videokamera (nicht dargestellt) beispielsweise in der in EPA 193 509 beschriebenen Weise überwacht. Die erwähnte Steuereinheit (nicht dargestellt) wird dabei zum Vergleichen von Eingangspositioniersignalen aus einer Behandlungssteuereinheit (Computer) mit den wirklichen über die Videokamera überwachten Positionen und zum Versorgen von Betätigungsströmen nach den entsprechenden Antriebsmotoren 29 zum Aufnehmen der gewünschten Positionen durch die Blätter 18 vorgesehen.
Um die Motoren 29 auf kompakte Weise nebeneinander aufzunehmen, werden die Antriebs-Gewindestäbe 25 für benachbarte Blätter über die Querabmessung der Blätter (vertikal in Fig. 2) gestaffelt. Da die Breite eines Motors im vorliegenden Beispiel etwa das Vierfache der Dicke der keilförmigen Blätter 18 im höchsten Befestigungspunkt ist, werden die Motoren in vier Reihen angeordnet, wie in der rechten Hälfte (6b) der Fig. 6 veranschaulicht, die eine äußere Endansicht der Mehrblatt- Kollimatorvorrichtung darstellt.
Eine alternative Form des Lagerträgers für die Blätter 18 ist in Fig. 7 veranschaulicht. In diesem Fall ist der tragende Rand jedes Blatts 18 mit einer Rille versehen, und jede Lagerrolle 46 ist mit einem Außenflansch 47 versehen, der mit dem gerillten Rand des entsprechenden Blatts 18 zusammenarbeitet und ihn trägt. Der Außenflansch 47 enthält das äußere Drehelement einer Kugellagereinheit (Kugellagerring), deren Nabe auf einem statischen Trägerschacht 48 montiert ist, der in Intervallen zwischen jeder Rolle von einem jeweiligen Tragelement 69 getragen wird, das in Intervallen zwischen jeder Rolle von einem Tragelement 49 getragen wird, das den Längsdruck direkt auf den hohlen Trägerbalken 21 mit offener Seite überträgt.
Eine mit einer Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung zusammenhängende Schwierigkeit ist das Auftreten von Strahlungsleck zwischen benachbarten Blättern. Zum Minimisieren von Halbschatten ist jedes keilförmige Blatt auf die wirksame punktförmige Strahlungsquelle 10 ideal fokussiert. Das bedeutet, daß der Begrenzungsstrahl an beiden Seiten parallel zur Oberfläche des Blatts verlaufen soll. Am schmaleren Ende sind die Blätter im vorliegenden Beispiel etwa 3 mm dick, aber es muß ein geringer Spielraum von etwa 0,1 mm erlaubt werden, um benachbarte Blätter gegeneinander bewegen zu können, und dieser Spalt kann das Durchlassen eines bedeutenden Strahlungsbetrags erlauben. Eine Möglichkeit zum Reduzieren des hierdurch verursachten Energielecks ist die Defokussierung der keilförmigen Blätter in bezug auf die Punktquelle 10 durch ausreichendes Schrägstellen der Seiten in bezug auf die geradeaus gehende Bündelrichtung, so daß ein gerader Durchgang durch den im Mittel 0,1 mm breiten Spalt nicht möglich ist. Wenn die Seiten der Blätter zu weit schräggestellt werden, vergrößert sich das entsprechende Halbschattengebiet in dem vom Blatt im Bestrahlungsfeld geworfenen Schatten und muß dafür ein optimales Kompromiß angestrebt werden. In Fig. 6a ist ein Querschnitt durch die Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung dargestellt und die zentralen Blätter veranschaulichen eine alternative Lösung zum Problem des Leckens. In diesem Fall wird eine entsprechende kleine Stufe in den einander zugewandten Oberflächen benachbarter Blätter gebildet, die derart ausgeführt wird, daß der direkte Strahlungsdurchgang gesperrt wird, jedoch verursacht eine derartige Stufe ebenfalls einen geringen Halbschatteneffekt in dem vom Blatt geworfenen gewünschten Schatten.
Die nachteiligen Effekte des Strahlungsleckens durch die Mehrblatt- Kollimatorvorrichtung kann erfindungsgemäß bedeutend beschränkt werden, indem der Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung 17 eine Aufeinanderfolge von zwei Paaren auf unabhängige Weise verschiebbarer Blockblendenblätter 30, 31 und 35, 36 folgt, die in bezug aufeinander orthogonal angeordnet sind. Auf diese Weise kann ein rechteckiger Sperrahmen für jedes unregelmäßige Bestrahlungsmuster angeordnet werden, das nur einen Teil des maximalen Bestrahlungsfelds einnimmt, und der durch eine Mehrblatt- Kollimatorvorrichtung begrenzt wird, wodurch es möglich wird, die Hintergrundstrahlung vorbei der inneren Rahmenbegrenzung auf gewünschte Weise zu reduzieren. Der Rahmeneffekt der inneren Ränder 32 und 37 der Blendenblätter 30, 31 bzw. 35, 36 ist in Fig. 4 dargestellt.
Im vorliegenden Beispiel verläuft die Richtung der Translationsverschiebung des ersten Paares einander gegenüberliegender Blockblendenblätter 30, 31 parallel zur Richtung der Translationsverschiebung der Blätter 18 der Mehrblatt- Kollimatorvorrichtung 17. Im veranschaulichten Beispiel ist jedes der Blockblendenblätter auf Rollen 33 angebracht, die mit den oberen bzw. unteren Lagerflächen einer entsprechenden geradlinigen Tragspur 34 nach Fig. 3 zusammenarbeiten. Seitenlängsdruckrollen (nicht dargestellt) werden ebenfalls an jedem Ende jedes Blatts 30, 31 angeordnet oder in Intervallen längs der Spur 34 angebracht, um den Schwerkraft- Seitenlängsdruck der Blätter 30, 31 zu tragen, wenn die Position des Kopfes geändert wird. Als bevorzugte Alternative kann jedes Blatt 30, 31 an jeder Seite auf einer entsprechenden Linearlagerung angeordnet werden. Auf diese Weise wird eine kompakte Vorrichtung durch Verschieben der Blätter 30, 31 auf einem geradlinigen Weg vorgesehen. Die Effekte des mit den inneren Enden 32 der Blätter 30, 31 zusammenhängenden Halbschattens werden auf eine Weise gleich der der Mehrblatt-Kollimatorblätter 18 optimal reduziert, indem die Innenendfläche 32 jedes Blatts in der Bestrahlungsbündelrichtung gebogen wird, so daß die benachbarte Strahlbegrenzung für Strahlung aus der Quelle, die die Endfläche des Blatts gerade streift, im wesentlichen tangential zur gebogenen Endfläche 32 für alle entsprechenden Verschiebungspositionen des betreffenden Blatts 30, 31 ist.
Jedes Blatt 30, 31 wird aus einem Schwermetall, geeigneterweise Wolfram, hergestellt oder es kann mit geringeren Kosten der innere Endanteil aus Wolfram hergestellt werden, so daß der Resthalbschatten möglichst reduziert wird, während der Rest des Blattes aus Blei in einem Gitterstahlstäbe oder Rahmen herstellbar ist. Jedes Blatt 30, 31 wird unabhängig von einer entsprechenden Motor- und Getriebekasteneinrichtung angetrieben, der vom Block 62 dargestellt wird, der ebenfalls Positioniersensormittel enthält, wie z. B. ein mit der Antriebswelle gekoppeltes Potentiometer. Der Antrieb durch den Getriebekasten erfolgt an jeder Seite des Blatts über eine Kreuzkoppelwelle 59 nach einer entsprechenden Zweirichtungsunterstützungseinrichtung, wie z. B. eine hochbelastbare Leitspindel und Mutter oder ein Band oder einen gut angespannten Kettenantrieb mit einem Mindestmaß an Spielraum, schematisch dargestellt durch den Block 61, so daß die Position eines Blatts 30, 31 konstant bleibt, sobald diese vom Motor 62 eingestellt ist, da die Position des Kopfes in bezug auf die Schwerkraftanziehung geändert wird. Der Verschiebungsbereich jedes der Blätter 30, 31 wird dem der Blätter 18 aus gleichen Raumbenutzungsgründen angeglichen.
Das zweite Paar einander gegenüberliegender Blockblendenblätter 35, 36, die orthogonal zu den Blättern 18, 30 und 31 verschiebbar sind, werden mit je einer inneren Endfläche 37 versehen, die planar ist, und jedes Blatt 35, 36 wird derart angebracht, daß die Translationsverschiebung jedes Blatts eine Drehung umfaßt, so daß die planare Endfläche 37 des Blatts parallel zur benachbarten Strahlbegrenzung für Strahlung aus der Quelle 10 für alle entsprechenden Verschiebungspositionen des Blattes aufrechterhalten wird. Beim zweiten Paar von Blätter 35, 36 genügt es, den Verschiebungsbereich der Innenfläche des Blattes auf die Hälfte des maximalen Bestrahlungsfelds zu beschränken, d. h. von der Mittellinie 11 bis zur entsprechenden Außenbegrenzung, weil jedes gewünschte Offset-Strahlungsmuster hauptsächlich vom Mehrblatt-Kollimator und von der Drehung des Kopfes 7 um die Bündelachse 11 versorgt werden kann.
Im dargestellten Beispiel kann jedes der Blätter 35 und 36 auf Führungsschienen 44 auf eine Weise unterstützt werden, die gleich der nach der Beschreibung der Blätter 30, 31 mit der Ausnahme ist, daß zum Ausführen der erforderlichen Drehung zum Aufrechterhalten der Fokussierung der inneren Planarfläche 37 auf den Quellenpunkt 10 das äußere Ende der Unterstützungsschiene 44 auf geeignete Weise gekippt werden muß (nach oben in Fig. 2 und 3), so daß eine rückseitige Einheit von oberen und unteren Rollen 43 auf entsprechende Weise über dem Pegel einer inneren Gruppe von Rollen 45 angehoben wird, wenn das Blatt 35, 36 aus der mittleren (innersten) Position verschoben wird. Verschiebung der Blätter 35, 36 kann genauso durchgeführt werden, wie die der Blätter 30, 31 an jeder Seite durch eine entsprechende Zweirichtungsunterstützungseinrichtung, die schematisch mit dem Block 63 angegeben ist und beispielsweise eine Leitspindel- und Leitmuttereinrichtung oder einen Bandantrieb oder einen gut angespannten Kettenantrieb mit Motorantrieb, Getriebekasten und Positioniersensoranordnung 64 in einem Fall über eine Kreuzkopplungswelle 67 enthält.
In diesem Fall kann auch der innere Endteil 38 jedes Blatts 35, 36 aus Wolfram hergestellt werden, um Halbschatten zu verringern, während der Rest 39 aus Blei in einem Gitterstahlstab oder Rahmen hergestellt werden kann. Als bevorzugte alternative Unterstützungsform wird jedes der Blätter 35, 36 an jeder Seite auf der Querachse durch die Schwerkraftmitte durch eine entsprechende Mutter auf einer entsprechenden Leitspindel scharnierbar getragen. Für jedes Blatt 35, 36 treibt ein Motor die Leitspindel an jeder Seite des Blattes synchron an, in einem Fall über eine Kreuzkopplungswelle, und die Kippeinstellung erfolgt mittels eines Rollenverfolgers, der am äußeren Ende des Blattes befestigt ist, das in einer Führungsschiene, in einem Schlitz oder in einer Rille geführt wird. Der erfindungsgemäße Kollimator nach der Beschreibung anhand der Fig. 2, 3, 5 und 6 bildet eine kompakte Vorrichtung, die in einer herkömmlichen Radiotherapie-Maschinenkopf-Hülse 7 mit einer Standardverbindung 66 für Radiotherapiehilfsgeräte, wie z. B. Zeiger oder Elektronenbestrahlungstuben, aufgenommen werden, und die den üblichen Spielraum zwischen dem Kollimatorkopf 7 und dem Patienten 8 aufrechterhält, wodurch nach Bedarf eine Sperrblende verwendbar bleibt. Obgleich die Erfindung anhand eines Kollimators für eine Radiotherapiemaschine beschrieben wurde, beschränkt sie sich nicht auf eine derartige Anwendung und kann ebenso in anderen Anwendungsgebieten verwendet werden, in denen das Bestrahlungsbündel für eine hochenergetische Strahlungsquelle auf gleiche Weise in industriellen Anwendungen und in nichtzerstörenden Versuchen wie Radiographie begrenzt werden muß.
Oben wurde bereits angegeben, daß die Zeichnungen Ausführungsbeispiele nach der Erfindung veranschaulichen und um mögliche Mißverständnisse zu vermeiden, sei hierbei weiter bemerkt, daß in den angehängten Ansprüchen, in denen technische Elemente in jedem Anspruch mit Bezugsziffern für Elemente in den Zeichnungen und eingeklammert bezeichnet sind, diese Bezugsziffern entsprechend der Richtlinie 29(7) EPC aufgenommen wurden, ausschließlich für ein besseres Verständnis der Ansprüche anhand eines Beispiels.

Claims

1. Kollimator für ein Bündel hochenergetischer Strahlung, das aus einer im wesentlichen punktförmigen Strahlungsquelle (10) emittiert wird, mit einer Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung (17) mit einer Anzahl benachbarter Paare einander gegenüberliegender und im Querschnitt keilförmiger Blätter (18), in der benachbarte Blätter zur Bildung einer fächerförmigen Konfiguration nebeneinander angeordnet sind, die im wesentlichen nach einem Scheitelpunkt an der wirksamen Punktstelle der Strahlungsquelle (10) konvergieren, wobei jedes keilförmige Blatt (18) für Translationsverschiebung in einer Richtung quer zum Strahlungsbündel derart auf einer Trägerstruktur (21) angebracht ist, daß die Blätter jedes Paares unabhängig voneinander nacheinander hin und voneinander weg verschoben werden können, mit Lagermitteln (22) zwischen jedem Blatt und der Trägerstruktur (21), mit Antriebsmitteln zum voneinander unabhängigen Verschieben jedes Blattes und mit Lesemitteln zum Bestimmen der Position der Blätter, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Paar einander gegenüberliegender Blockblendenblätter (30, 31) auf einer Trägerstruktur für unabhängige Translationsverschiebung nacheinander hin und voneinander weg in einer Richtung quer zu der des Strahlungswegs von der Quelle angeordnet ist, und ein zweites Paar einander gegenüberliegender Blockblendenblätter (35, 36) auf einer Trägerstruktur für unabhängige Translationsverschiebung nacheinander hin und voneinander weg in einer Richtung quer zum Strahlungsweg von der Quelle und senkrecht auf die Verschiebungsrichtung des ersten Paares einander gegenüberliegender Blockblendenblätter (30, 31) angeordnet ist, und daß die Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung (17) zwischen der Quelle (10) und den Blockblendenblättern (30, 31, 35, 36) angeordnet ist.

2. Kollimator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Translationsverschiebung jedes Blatts (18) der Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung (17) auf einem geradlinigen Weg senkrecht zur Zentralachse des Strahlungsbündels erfolgt.

3. Kollimator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Endfläche jedes Blatts der Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung (17) in der Strahlungsbündelrichtung gebogen ist, so daß die benachbarte Strahlbegrenzung (51, 53) für Strahlung aus der Quelle, die die Endfläche des Blattes (18) gerade streift, für alle Verschiebungspositionen des Blattes zur gebogenen Fläche tangential verläuft.

4. Kollimator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Translationsverschiebung des ersten Paares einander gegenüberliegender Blockblendenblätter (30, 31) zur Richtung der Translationsverschiebung der Blätter (18) der Mehrblatt-Kollimatorvorrichtung (17) parallel verläuft.

5. Kollimator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Translationsverschiebung der Blätter, die das erste Paar einander gegenüberliegender Blockblendenblätter (30, 31) bilden, auf einem geradlinigen Weg senkrecht zur Zentralachse (11) des Strahlungsbündels erfolgt und die innere Endfläche jedes Blattes (30, 31) in der Strahlungsbündelrichtung gebogen ist, so daß die benachbarte Begrenzung (51, 53) für Strahlung aus der Quelle (10), die die Endfläche des Blattes gerade streift, zur gebogenen Endfläche für alle entsprechenden Verschiebungspositionen des Blattes tangential verläuft.

6. Kollimator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Endfläche jedes das zweite Paar einander gegenüberliegender Blockblendenblätter (35, 36) bildenden Blattes planar ist und die Translationsverschiebung jedes Blattes eine Rotationsverschiebung umfaßt, so daß seine planare Endfläche für alle entsprechenden Verschiebungspositionen des Blattes zur benachbarten Strahlbegrenzung für Strahlung aus der Quelle (10) parallel gehalten wird.

7. Strahlungsquelle zum Erzeugen eines Bündels durchdringender Strahlung mit einer einstellbaren Begrenzung, mit einer gegen Strahlung abgeschirmten punktförmig wirksamen Quelle (4) von Durchdringungsstrahlung, die mit einem Kollimator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche gekoppelt ist.

8. Strahlungsquelle nach Anspruch 7, in der die gegen Strahlung abgeschirmte punktförmig wirksame Quelle einen Linear-Elektronenbeschleuniger (5) enthält.

9. Strahlungsquelle nach Anspruch 7 oder 8, in der die punktförmig wirksame Quelle (10) mit dem Kollimator über eine Rotationskopplung gekoppelt ist, deren Drehungsachse durch die wirksame Punktquelle verläuft.

10. Radiotherapieapparat mit einer Strahlungsquelle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche.