SE511538C2 - Förfarande för framställning av en strålknivskollimator och användning av en strålknivskollimator - Google Patents

Description

511 538 lO l5 20 30 35 2 ningar. Uran har gjutits i styckevikter av ett par ton och är tekniskt/teoretiskt det mest intressanta material- valet men är relativt okänt i civil produktion. Tillverk- ningsalternativet precisionsgjutning av hålade ämnen är likaså mycket tidsödande och kräver efterbearbetning, speciellt som de långsmala hålen i den kalottformade kol- limatorkonstruktionen utvidgar sig (konvergerar) från kollimatorns utsida mot dess insida. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett förfarande för att med flexibilitet och stor precision åstadkomma ett antal genomgående, långa hål av valfri, klen diameter i en kropp av ett svårbearbetnings- bart material.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett förhållandevis billigt och funktionellt framställningsförfarande för långa, smala hål i ett mate- rial med hög densitet. Ännu ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande som medger tillverkning av långsträckta hål med valfri profil i såväl tvärled som längdled.

Dessa ändamål uppnås enligt uppfinningen med ett förfarande enligt det inledande stycket, som kännetecknas av att kroppen framställs i form av ett antal delkroppar vilka, anordnade tätt intill varandra, formar nämnda kropp, att varje delkropp avgränsas av en ytteryta, som är en del av den totala kroppens ytteryta, en inneryta, som är en del av den totala kroppens inneryta, samt ett par gränsytor, vilka sträcker sig från ytterytan till in- nerytan, att nämnda hål framställes genom maskinbearbet- ning av åtminstone den ena gränsytan hos intilliggande delkroppar, varvid varje hål sträcker sig från ytterytan till innerytan längs nämnda åtminstone ena gränsyta, och att de sålunda bearbetade delkropparna fast fästes vid varandra.

Vidareutvecklingar av uppfinningen framgår av de särdrag som anges i underkraven. lO 20 25 30 35 511 538 3 Föredragna utföringsformer av uppfinningen kommer nu att illustreras i exemplifierande syfte med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka: Fig. 1 i ett axiellt snitt illustrerar en utförings- form av en kollimator, som är framställd genom förfaran- det enligt uppfinningen; Fig. 2 i en sprängskiss och i axiellt snitt, men vridet 90° i förhållande till fig. 1, visar kollimatorns olika delkroppar; Fig. 3 visar en av delkropparna i fig. 2 i en vy ovanifràn; Fig. 4 i en vy ovanifràn visar den sammansatta kol- limatorn enligt utföringsformen i fig. l till 3; Fig. 5 visar ett hàls eller bländares tvärnsitts- profil i förstorad skala fràn linjen A-A i fig. l; Fig. 6 i en vy likartad den i fig. 5 visar en alter- nativ tvärsnittsprofil; Fig. 7 i en vy ovanifràn och i förminskad skala il- lustrerar en alternativ utföringsform av en kollimator, som är framställd genom förfarandet enligt uppfinningen; Fig. 8 i en sidovy visar kollimatorn enligt den al- ternativa utföringsformen i fig. 7; Fig. 9 schematiskt illustrerar hålens positionering i delkropparna och en möjlig utformning av en delkropps gränsyta för att förhindra strålningsläckage respektive för orientering av intilliggande delkroppar; Fig. 10 mer i detalj visar hålens utformning i del- kroppens gränsyta; Fig. ll är en perspektivvy över en delkropp enligt utföringsformen i fig. 7 till 10; Fig. 12 illustrerar en möjlig, alternativ utformning till den i fig. 9 av en delkropps gränsyta för att för- hindra stràlningsläckage i radiell riktning och för ori- entering av intilliggande delkroppar; Fig. 13 illustrerar en ytterligare, alternativ ut- formning av en delkropps gränsyta för att förhindra 511 538 10 15 20 25 30 35 4 stràlningsläckage mellan intilliggande hål och för orien- tering av intilliggande delkroppar; Fig. 14 i ett snitt längs linjen B-B i fig. 9 mer i detalj visar profileringen hos delkroppens gränsyta; Fig. 15 i förstorad skala visar gränsytans upphöj- ningar och försänkningar hos ett par hoppassande delkrop- par i åtskilt tillstånd; och Fig. 16 i en vy likartad de i fig. 15 visar en al- ternativ form hos gränsytans upphöjningar och försänk- ningar.

Förfarandet enligt uppfinningen är med fördel till- lämpligt i de flesta situationer, när ett antal långa och smala hål eller kanaler med precision skall framställas i en kropp av ett hårt material eller av ett material eller en metall med hög densitet, såsom exempelvis volfram, uran, kobolt och iridium. Fastän uppfinningen kan prakti- seras på olika geometriska former kommer den nedan att beskrivas i samband med framställningen av en flerkanals- kollimator för användning i en anordning för strålbehand- ling av en människa eller ett djur, såsom ELEKTA AB:s strålkniv. Det hänvisas sålunda till det svenska patentet 8602025-2 (US-A-4 780 898, EP 7850124.7). en kropp i form av ett i huvudsak halvsfäriskt, tjockt skal eller en kalott. tjockleken företrädesvis ca 200 mm och hàlens antal ca Kollimatorn är I de illustrerade exemplen är vägg- 200. Hàlens diameter är 1 till 8 mm.

Motsvarande detaljer i de olika figurerna har genom- gående erhållit samma hänvisningsbeteckningar.

Med hänvisning först till fig. 1-3 illustreras en första utföringsform av en kollimator, som är framställd genom förfarandet enligt uppfinningen.

Såsom bäst framgår av fig. 1 framställes kroppen 1 i form av ett antal delkroppar 2 vilka, anordnade tätt in- till varandra, formar kroppen 1. Delkropparna är fast fästa vid varandra, exempelvis genom lödning och/eller med hjälp av ett omslutande hölje 3, antytt med streckad linje i fig. 4. Varje delkropp 2 är utformad som en ring- 10 15 20 25 30 35 511 538 5 formad skiva, som är rotationssymmetrisk kring kroppens 1 symmetriaxel 4, och varje skiva uppvisar en konvinkel som skiljer sig från de andra skivornas, se fig. 2. Vidare avgränsas varje delkropp 2 av en ytteryta 5, som är del av den totala kroppens 1 ytteryta, en inneryta 6, som är en del av den totala kroppens 1 inneryta, samt ett par koniska gränsytor 7 och 8, vilka sträcker sig från ytter- ytan 5 till innerytan 6. Gränsytorna 7 och 8, med vilka delkropparna 2 anligger mot varandra, är i allt väsent- ligt riktade mot kalottens centrum 9 (mot centrum av den sfär av vilken det halvsfäriska skalet har fått sin fig. 1.

Ett antal genomgående långsmala hål, strålkanaler, form), jfr. spår eller bländare ll, vilka sträcker sig från den tota- la kroppens 1 ytteryta 5 till dess inneryta 6, har fram- ställts genom maskinbearbetning av åtminstone den ena gränsytan 7, 8 hos intilliggande delkroppar 2, se fig. 4.

Med hänvisning till fig. 5 är strålkanalens 11 ena halva eller spår 10 framställd i den ena delkroppens 2' gränsyta 7, under det att kanalens andra halva eller spår 10 är framställd i den intilliggande delkroppens 2” angränsande gränsyta 8, mittemot den förstnämnda halvan eller spåret så att dessa tillsammans definierar kanalen ll, jfr fig. 3. Alternativt är ett spår 10 framställt endast i den ena delkroppens 2” gränsyta 8, varvid kanalen ll definieras av spåret 10 i den ena gränsytan 8 och det motstàende, obearbetade partiet i den intilliggande delkroppens Z gränsyta 7, såsom visas i fig. 6.

Hålens eller kanalernas 11 tvärsnittsform kan ut- formas efter önskan och ges en mångfald profiler, exem- pelvis cirkulär, halvirkulär, oval, triangulär, rektangu- lär osv., se fig. 5 och 6, på grund av att spåren 10 framställes genom maskinbearbetning av delkropparnas 2 gränsytor 7, 8. längdled, dvs. mas efter önskan, Därigenom kan även kanalernas 11 profil i från ytterytan 5 till innerytan 6, utfor- såsom jämntjocka, kontinuerligt eller stegvis avsmalnande etc. I exempelvis fig. 13 visas kana- 511 538 lO l5 20 25 30 35 6 lerna ll öka i tvärsnitt från ytterytan 5 mot innerytan 6. Det är naturligtvis även möjligt att med förfarandet enligt uppfinningen ge kanalerna ll en krökt form om så önskas och olika inbördes storlek (diameter).

Spåren 10 framställes sålunda genom maskinbearbet- ning av delkropparnas 2 gränsytor 7 och/eller 8. Maskin- bearbetningen kan utföras som fräsning, slipning, gnist- ning och/eller hyvling. Det är dock även möjligt att framställa spåren genom prägling eller pressning, om kroppens material är tillräckligt mjukt (exempelvis av bly). blyet inkapslas, Ifall kollimatorn framställes av bly måste dock jfr. höljet 3 i fig. 4. Utöver de ovan- nämnda materialen skulle kollimatorn även kunna vara I detta fall göres spåren lO i del- ko- iridium eller liknande med maskinbearbetade strål- tillverkad av järn. kropparna 2 större, varvid insatser av volfram, bolt, ningskanaler enligt ovan på lämpligt sätt anordnas i spå- uran, ren.

De rotationssymmetriska skivorna har bästa möjliga geometriska form för sin framställning (avverkande bear- betning) och kan enkelt sättas samman med bibehållen geo- metrisk precision. Framställningsförfarandet blir för- hållandevis billigt och lätt och delkropparna kan till- (en kolli- svårligen verkas av material som en total, massiv kropp mator av känd konstruktion med borrade hål) skulle kunna tillverkas av.

I fig. 7-ll illustreras en alternativ utföringsform av uppfinningen. Det som huvudsakligen skiljer denna från den ovan beskrivna är att delkropparna 2, 2Q 2” ej fram- ställs som koniska, ringformade skivor utan som "halva apelsinklyftor", dvs. att kroppens l delkroppar 2 är ut- formade som likadana sektorsegment med sina gränsytor 7 och 8 riktade mot kroppens 2 symmetriaxel 4, 7 och ll. Hålens ll spår 10, betade i delkropparnas 2, 2Q se speciellt fig. som även här är bear- 2” gränsytor 7 och/eller 8, är anordnade i ett gemensamt plan för varje gränsyta 7, 8, varvid varje sådant plan sträcker sig genom nämnda 10 15 20 25 30 35 511 538 7 symmetriaxel 4, jfr. fig. 7. I övrigt är hålen ll fram- ställda och utformade såsom angivits i samband med den förstnämnda utföringsformen. "Apelsinklyftmodellen" inbe- griper ett större antal delkroppar till produktionstek- niskt fördelaktigare materialdimensioner jämfört med skivmodellen och har samma öppna kanaltillgänglighet.

Kollimatorns princip och förutsättning är sålunda att (systematiskt) dela kollimatorkroppen i ett antal valda snittplan, och att i dessa delkroppsgränsytor anordna ett antal öpp- som alla skär kollimatorns focuspunkt, na kanaler, vilka är orienterade mot samma focuspunkt.

Vid hopmontering bildar delkropparna tillsammans en slu- ten kollimator med focuserade slutna kanaler eller spår.

Dessa gränsytor kan vara identiska med focusplanen eller utformade med små geometriska avvikelser från focusplanen för att realisera utsläckning av eventuell sidledes läckstràlning mellan gränsytorna (genom införan- det av olika tätningar). Med små avvikelser menas (varierande) avstånd till focusplanen i storleksordning tvärsnittet av kollimatorkanalerna vid det aktuella (varierande) focusavstàndet.

Delningen av kollimatorn medför risker med oönskad läckstràlning i skiljeytorna eller gränsytorna 7, 8 som kräver sin lösning. Geometriskt kan denna risk elimineras med hjälp av veckade sektorelement. Vecken i snittplanet framställs företrädesvis genom svarvning.

Olika utformningar av läcktätningar har schematiskt illustrerats i fig. 9 och ll-16. Såsom framgår av fig. 9 och ll har denna läcktätning presenterats i samband med "apelsinklyftmodel1en", men en fackman på området inser att den även kan appliceras på "skivmodellen". Gräns- ytorna 7 och 8 uppvisar en struktur med cirkulära, kon- centriska veck, innefattande upphöjningar 12 som alter- nerar med försänkningar 13 i radiell ledd, eftersom upp- höjningarna 12 och försänkningarna 13 är anordnade som koncentriska ringar runt kroppens l symmetriaxel 4. Samt- liga upphöjningar 12 hos en delkropp (exempelvis 2¶ kan ' -_'_"- 983-491 . 511 538 20 25 30 35 8 sålunda tätt inpassas i motsvarande försänkningar 13 hos den intilliggande delkroppen (exempelvis 2") och vice versa, jfr fig. 15 och 16. Härvid erhålles även den för- delen att delkropparna 2 vid hopsättning av den totala kroppen 1 positioneras rätt och stadigt i förhållande till varandra. Utöver den veckformade strukturen hos gränsytorna 7,8 kan gränsytorna vara vågformade, laby- rintformade, trappstegsformade eller liknande, inne- fattande tätande samverkande upphöjningar respektive för- sänkningar.

I fig. 12 illustreras sålunda att vecken i stället för att vara utformade som koncentriska cirklar exempel- vis kan framställas som raka, parallella linjer.

För att förhindra strålningsläckage mellan intillig- gande kanaler 11 är vecken med fördel radiellt anordnade, dvs att varje veck sträcker sig från tillhörande del- kropps 2 ytteryta 5 till dess inneryta 6, i huvudsak ori- enterade mot delkroppens symmetriaxel 4. Detta har il- lustrerats i fig. 13.

Exempel på den veckformade strukturens eller gräns- ytans 7, 8 profil har schematiskt illustrerats i fig. 15 och 16, vilka visar snitt längs linjen C-C genom en kanal 11 i fig. 12. med triangulära veck. Varje upphöjning 12 hos en delkropp På fig. 15 har gränsytorna visats utformade Z är avsedd att inpassas i en hoppassande försänkning 13 hos den intilliggande delkroppen 2” och vice versa. I stället för att utforma upphöjningarna respektive för- sänkningarna spetsiga kan dessa vara rektangulära, varvid en delkropps 2'upphöjnings 12 plana yta vid hopmontering av kollimatorn enligt uppfinningen kommer att anligga mot en intilliggande delkropps 2” hoppassande försänknings 13 plana yta och vice versa, såsom illustrerats i fig. 16.

Det är även möjligt att erhålla den stràlnings- tätande funktionen vid plana gränsytor med hjälp av in- satselement, exempelvis ringformade element som inpassas i motstàende spår i intilliggande delkroppars gränsytor 10 511 538 9 (ej visat). Press-sintring är också ett möjligt sätt för att uppnå stràlningstäthet.

I den ovanstående beskrivningen har ett flertal ma- terial angivits, av vilka kollimatorn med fördel kan tillverkas. Om exempelvis bly eller uran användes bör slutprodukten kapslas in i ett rost- och korrosionsbe- ständigt material på grund av dess giftighet och av strålskyddsskäl.

Uppfinningen är icke begränsad till det ovan be- skrivna och ritningarna visade, utan kan förändras inom ramen för de bifogade patentkraven. ~ ;-ïr .;="; ¿;;~i:1¿¶axaxsx?22ss4e;.:-_

Claims (10)

lO 15 20 25 30 35 511 538 10 PATENTKRAV

1. Förfarande för att med precision åstadkomma ett (ll) k ä n n e - antal genomgående, långa och smala hål i en kropp (1) av ett material med hög densitet, t e c k n a t framställes i form av ett antal delkroppar (2, 2Q 2") a v att kroppen (1) vilka, anordnade tätt in- (1), avgränsas av en ytteryta till varandra, kropp (2, 2Q 2") del av den totala kroppens (1) formar nämnda kropp att varje del- (5), en inneryta som är en (6), samt ytteryta, som är en del av den totala kroppens (1) inneryta, ett par gränsytor (7, 8), vilka sträcker sig från ytter- (6), (11) ställes genom maskinbearbetning av åtminstone den ena TW, från ytterytan (5) ytan (5) till innerytan att nämnda hål fram- hos intilliggande delkroppar (2fl (11) längs nämnda åtminstone ena gränsyta gränsytan (7, 8) varvid varje hål sträcker sig till innerytan ( ), (7, 8), 2") fast fästes vid varandra. och att de sålunda bearbetade delkropparna (2, 2Q

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att varje hål (11) är rätlinjigt och framställes genom att ett spår (10) fräses, slipas, präg- las eller liknande i en delkropps (ZW gränsyta (7), och (10) på samma sätt framställes i (9), förstnämnda spår, varvid dessa spår tillsammans avgränsar hålet (11).

3. Förfarande enligt patentkravet 1, (ll) fräses, slipas, präglas eller liknande (2Ü varvid hålet att ett samverkande spår en intilliggande delkropps (2”) gränsyta mittemot k ä n n e - t e c k n a t a v att varje hål (10) i endast den ena gränsytan (8) 211) I i den ena gränsytan (8) framställes genom att ett spår av två in- (ll) och det mot- hos en tilliggande delkroppar (2Q (10) stående obearbetade partiet av den andra gränsytan (7). avgrän- sas av spåret

4. Förfarande enligt patentkravet 2 eller 3, 10 15 20 25 30 511 538 ll (10) är rektangulärt eller liknande i k ä n n e t e c k n a t a v att varje spår halvcirkulärt, triangulärt, tvärsnitt.

5. Förfarande enligt patentkravet 4, k ä n n e - t e c k n a t a v att_hàlens (11) tvärsnitt minskar i riktning från innerytan (6) mot ytterytan (5).

6. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, 8) ut- och k ä n n e t e c k n a t a v att gränsytorna (7, formas med en profil som uppvisar upphöjningar (12) (13), (12) (2W tätt inpassas i en försänkning (13) sättes samman. försänkningar varvid en upphöjning hos en del- kropp hos en in- tilliggande delkropp (2"), då kroppen (1)

7. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att den totala kroppen (1) uppvisar en form i huvudsak av en kalott och att varje delkropp (2) utformas som en ringformad skiva med sina gränsytor (7, 8) i allt väsentligt riktade mot kalottens centrum (9).

8. Förfarande enligt något av patentkraven 1-6, k ä n n e t e c k n a t a v att den totala kroppen (1) uppvisar en form i huvudsak av en kalott och att varje delkropp (2) utformas som ett sektorsegmentformat element med sina gränsytor (7, 8) riktade mot kalottens symmetri- axel (4).

9. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att delkropparna (2, 22 2") fast fästes vid varandra genom hoplödning och/eller med hjälp av ett omslutande hölje.

10. Användningen av ett alster, framställt enligt något av föregående patentkrav, som en kollimator i en anordning för strålbehandling av exempelvis en människa eller ett djur. v k) u; (I 0