DE2533698A1

DE2533698A1 - Strahlenmonitor fuer eine bestrahlungsanlage

Info

Publication number: DE2533698A1
Application number: DE19752533698
Authority: DE
Inventors: Rudolf Ing Grad Meyer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1975-07-28
Filing date: 1975-07-28
Publication date: 1977-02-03
Also published as: CA1054260A; FR2319906A1; US4035645A; FR2319906B1

Description

Siemens Aktiengesellschaft Erlangen, 25. Juli 1975

Henkestraße 127

VPA 75 P 5079 BRD Stk/Kli

Strahlenmonitor für eine Bestrahlungsanlage

Die Erfindung "bezieht sich auf einen Strahlenmonitor für eine Bestrahlungsanlage zur Voreinstellung einer zu applizierenden Strahlendosis und zur Begrenzung derselben auf einen voreingestellten Sollwert, mit einem an einen der Strahlung der Bestrahlungsanlage ausgesetzten Strahlendetektor angeschlossenen Dosisleistungs-Frequenz-Wandler, einem an den Ausgang des Dosislei ßtungs-Frequenz-Wandlers angeschlossenen Impulszähler mit nachgeschaltetem, voreinstellbaren Digital-Comparator und einem durch den Digital-Comparator bei Erreichen des v^reinges''"-ellten Sollwertes ansteuerbaren Abschaltautomaten.

Ein Strahlenmonitor der eingangs genannten .art wird bei einer in der medizinischen Technil-, «/erwendeten Bestrahlungsanlage benutzt. Der Dosisleistungs-Frequenz-Wandler erzeugt bei dieser Anlage eine Frequenz, die dem durch den Strahlendetektor fließenden Strom proportional ist. Dar Impulszähler summiert die Impulse, so daß seine Zänlstellung der jeweils aufgtlaufenen Impuls-

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zahl und damit der jeweils applizierten Dosis entspricht. Bei einer Zählstellung, die der am Digital-Comparator "bei der Vorwahl des Dosissollwertes voreingestellten entspricht, wird der einlaufende Impuls vom Digital-Comparator durchgeschaltet und zur Ansteuerung des Abschaltautomaten verwendet. Die Genauigkeit, mit der die Bestrahlungsanlage nach Applizierung der voreingestellten Strahlendosis abschaltet, unterliegt lai.g- und kurzfristigen Schwankungen. Diesen mit "Drift" ^ozeichneten Schwankungen liegen Veränderungen der Parameter der verwendeten elektronischen Bauelemente zugrunde. Sie können durch Umgebungseinflüsse, insbesondere der Temperatur, verursacht oder auch alterungsbedingt sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit, mit der Strahlenmonitore Bestrahlungsanlagen bei Erreichen eines voreingestellten Dosissollwertes abschalten, zu erhöhen.Dabei sollte der zu treibende Aufwand möglichst gering gehalten werden. Bei einem Strahlenmonitor der eingangs genannten Art ist daher erfindungsgemäß ein zweiter Impulszähler mit nachgeschaltetem Digital-Analog-Wandler zur Driftkorrektur der elektronischen Bauelemente an den Ausgang des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers angeschlossen und ist der Ausgang des Digital-Analog-Wandlers über einen Polaritätsinverter an den Eingang des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers zurückgeführt. Diese Schaltanordnung ermöglicht es, bei abgeschalteter Strahlung die an den zweiten Impulszähler gelangenden Impulse, denen unter dieser Voraussetzung praktisch nur eine Drift der elektronischen Bauelemente zugrundeliegen kann, in ein analoges elektrisches Signal zurück zu verwandeln und dieses mit umgekehrter Polarität dem analogen Eingang des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers im Sinne einer Kompensation der Drift wieder zuzuleiten. Durch die Aufsummierung der Impulse im zweiten Impulszähler wächst dieses analoge Kompensationssignal so lange an, bis die Drift kompensiert ist und am Eingang des zweiten Impulszählers keine

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weiteren Impulse mehr ankommen. Yon da an ändert sich auch der Betrag des analogen Signals, das dem Eingang des Dosisleistungs-Frequenz -Wandlers vom Polaritätsinverter zugeführt wird, nicht mehr. Die unmittelbar Xm Anschluß an diesen Abgleich durchgeführte Messung erfolgt somit ohne Driftfehler.

Zwar ist es bei elöl:tronischen Voltmetern und auch bei anderen elektronischen Meßinstrumenten bekannt, den Meßeingang kurzzuschließen, das Störsignal am Ausgang des Meßverstärkers zu · messen, analog zu speichern und dem Meßeingang mit umgekehrter Folarität wieder zuzuführen. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß das gespeicherte analoge Störsignal sich im Verlaufe von einigen Sekunden merklich in seinem Wert verändert. Daher eignet sich diese Art der Driftkompensation nur für kurze Meßzeiten im Sekundenbereich, nicht jedoch für Bestrahlungsanlagen mit Meßzeiten bis zu 10 Minuten. Ein weiterer Nachteil der bekannten analogen Driftkompensation ist es, daß mit ihr die Drift des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers nicht berücksichtigt würde.

Die Driftkorrektur läßt sich auch automatisieren, wenn in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung dem Eingang der beiden Impulszähler je ein UND-Gatter vorgeschaltet und dem Eingang des zweiten Impulszählers über ein ODER-Gatter eine monostabile Kippstufe parallel geschaltet ist und der zweite Eingang des dem ersten Impulszähler vorgeschalteten UND-Gatters an den im Ruhezustand ein Signal tragenden Ausgang der monostabilen Kippstufe und der zweite Eingang des dem zweiten Impulszähler vorgeschalteten UND-Gatters an den dazu inversen Ausgang der monosts^ilen Kippstufe angeschlossen ist. Durch diese zusätzlichen Bausteine wird erreicht, daß der erste Impulszähler beim Einschalten des Strahlenmonitors über das UND-Gatter so lange abgeschaltet bleibt, bis die Driftkompensation durchgeführt worden ist. Sobald dies der Fall ist, d.h. wenn während der Zeitkon-

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stante der monostabilen Kippstufe keine Impulse mehr eingehen, die diese daran hindern, ihren stabilen Zustand zu erreichen, gibt diese beim Erreichen ihres stabilen Zustandes den Eingang des ersten Impulszählers über dessen UND-Gatter frei und sperrt zugleich über ihren inv^Tersen Ausgang in ihrem stabilen Zustand das UND-Gatter für den zweiten Impulszähler. So bleiben der gefundene digitale Kompensationswert und damit auch das entsprechende analoge E.ignal am Ausgang des Digital-Analog-¥andlers erhalten.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Bestrahlungsanlage in stark vereinfachter Darstellung und

Fig. 2 den schematischen Aufbau des Strahlenmonitors.

In der Fig. 1 erkennt man eine Bestrahlungsanlage für ionisierende Strahlung und ein zu bestrahlendes Objekt 2, das auch einen Patienten darstellen kann. Die Bestrahlungsanlage enthält eine von einem Strahlenschutzmantel 3 umgebene Strahlenquelle 4, wie z.B. einen Quellenträger für ein Radioisotop, eine Röntgenröhre Oder ein Beschleunigungsrohr eines Linearbeschleunigen.oder Betatrons. Die Austrittsöffnung 5 für die Strahlung ist über ein Blendensteuerungssystem 6 verschließbar. Unmittelbar vor ci3r Austrittsöffnung 5, der Bestrahlungsanlage 1, befindet sich ein Strahlendetektor 7.

Die Fig. 2 zeigt den Aufbau des am Strahlendetektor 7 angeschlossenen Strahlenmonitors 8, Jiit dem eine zu applizierende Strahlendosis bei Erreichen eines voreingestellten Sollwertes abgeschaltet werden kann. Der Strahlenmonitor 8 enthält einen an den Strahlendetektor 7 angeschlossenen Dosisleistungs-Frequenz-Wand-

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ler 9, dem ein Impulszähler 10 nachgeschaltet ist. An dem Impulszähler ist ein voreinstellbarer Digital-Comparator 11 angeschlossen. Durch diesen Digital-Coniparator kann der nachgeschaltete Absehaltautomat 12 für die Bestrahlungsanlage angesteuert werden, sobald der Impulszähler 10 den am Digital-Comparator 11 voreingestellten Sollwert erreicht hat.

Zur Driftkorrektui ist nunmehr an den Ausgang des Dosisleistungs-Frequenz -Wandlers 9 ein zweiter Impulszähler. 13 angeschlossen, dessen Ausgänge mit einem Digital-Analog-Wandler 14, d.h. im vorliegenden Beispiel einem Spannungs-Frequenz-Wandler, verbunden sind. Der Ausgang dieses Digital-Analog-Wandlers 14 ist seinerseits über einer Polaritätsinverter 15 zum Eingang des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers 9 zurückgeführt. Dabei ist den Eingängen der beiden Impulszähler 10, 13 je ein UND-Gatter 16, 17 vorgeschaltet. An den Eingang des zweiten Impulsζahlers 13 ist über ein ODER-Gatter 18 eine monostabile Kippstufe 19 angeschlossen. Deren Ausgänge 20, 21 sind an die zweiten Eingänge der beiden UND-Gatter 16, 17 geführt. Und zwar ist der Ausgang 21 der monostabilen Kippstufe 19»der im Ruhezustand der Kippstufe ein Signal trägt, an den zweiten Eingang des dem ersten Impulszähler 10 vorgeschalteten UND-Gatters 16 geführt. Der dazu inverse Ausgang 20 der monostabilen Kippstufe 19 ist an den zweiten Eingang des dem zweiten Impulszähler 13 vorgeschalteten UND-Gatters 17 geschaltet. Schließlich ist der Eingang des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers 9 noch an ein Potentiometer 22 gelegt, durch das dem Signalpegel eine Vorspannung zur Vermeidung des Null-Durchganges bei der Driftkompensation vorgegeben werden kann.

Beim Einschalten der Bestrahlungsanlage 1 wird an den zweiten Eingang des ODER-Gatters 18 ein Impuls (= sog. Reset-Impuls) geleitet, der die monostabile Kippstufe 19 aus ihrem Ruhezustand kippt und somit das dem ersten Impulszähler 10 vorgeschaltete UND-Gatter 16 sperrt und das dem zweiten Impulszähler 13 und der

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monostabilen Kippstufe 19 vorgeschaltete UND-Gatter 17 freigibt. Durch diesen Reset-Impuls werden in hier nicht dargestellter Weise auch alle Zählstufen über einen entsprechenden Eingang auf Null zurückgestellt. Trotz des Einschaltens der Bestrahlungsanlage bleibt die Strahlung über das am Ausgang 21 der monostabilen Kippstufe 19 fehlende Signal abgeschaltet. Somit gelangen die ankommenden Signale, die nm- noch driftbedingt sein können, nur an den Eingang der wonostabilen Kippstufe 19 und des zweiten Impulszählers 13 und werden dort gezählt. Der Ausgang dieses Impulszählers steuert den Digital-Analog-Wandler 14. Dessen Ausgangssignal ist proportional zur Zählstellung des zweiten Impulszählers 13· Es wird im Polaritätsinverter 15 umgepolt und liegt daher mit entgegengesetztem Vorzeichen am Eingang des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers 9■ an. Solange noch Impulse an den Eingang des zweiten Impulszählers 13 gelangen, summieren sich diese Impulse auf und vergrößern die am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 14 anliegende Spannung. Dies geschieht so lange, bis diese Spannung bzw. die dazu inverse Spannung einen Wert erreicht hat, der die Drift der in diesem Regelkreis enthaltenen Bauelemente kompensiert. Sobald keine Impulse mehr an den Eingang des zweiten Impulszählers 13 und der monostabilen Kippstufe 19 gelangen, erreicht letztere ihren stabilen Zustand mit der ihr eigenen Verzögerung. Sie sperrt damit das UND-Gatter 17 vor dem Eingang des zweiten Impulszählers 13 und öffnet das UND-Gatter 16 am Eingang des ersten Impulszählers 10. Zugleich vird die Strahlung über das am Ausgang 21 der monostabilen Kippstufe 19 anliegende Signal freigegeben. Die nunmehr vom Strahlendetektor 7 eingehenden Impulse gelangen über die driftkompensierten Bauelemente des Strahlenmonitors 8 an den ersten Impulszähler 10, werden dort gezählt und über den Digital-Comparator 11 zur Abschaltung der Bestrahlungsanlage bei Erreichen des voreingestellten Dosissollwertes verwendet.

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Im Ausführungsbeispiel ist vor dem Eingang des ersten Impulszählars 10 ein durch die monostabile Kippstufe 19 gesteuertes UND-Gatter 16 vorgesehen, um diesen Impulszähler 10 während der Driftkompensation zu blockieren. Es ist aber auch möglich, das UND-Gatter 16 wegzulassen und stattdessen den ersten Impulszähler 10 nach erfolgter Driftkompensation durch das entsprechende Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 19 nach erfolgter Driftkompensation auf "Null" zurückzusetzen (- resei:).

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Claims

Patentansprüche

1. Strahlenmonitor für eine Bestrahlungsam age zur Voreinstellung einer zu applizierenden Strahlendosis und zur Begrenzung derselben auf einen voreingestellten Sollwert, mit einem an einender Strahlung der Bestrahlungsanlage ausgesetzten Strahlendetektor angeschlossenen Dosisleistungs-Frequenz-Wandler, einem an den Ausgang des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers angeschlossenen Impulszähler mit nachgeschaltetem, voreinsteirbaren Digital-Comparator und einem durch den Digital-Comparator bei Erreichen des voreingestellten Sollwertes ansteuerbaren Abschaltautomaten, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Impulszähler (13) mit nachgeschaltetem Digital-Analog-Wandler (14) zur Driftkorrektur der elektronischen Bauelemente an den Ausgang des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers (9) angeschlossen ist und der Ausgang des Digital-Analog-Wandlers über einen Polaritätsinverter (15) an den Eingang des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers zurückgeführt Iz'c.

2. Strahlenmonitor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang der beiden Impulszähler (10, 13) je ein UND-Gatter (16, 17) vorgeschaltet, dem Eingang des zweiten Impulszählers (13) über ein ODER-Gatter (18) eine monostabile Kippstufe (19) parallel geschaltet ist und der zweite Eingang des dem ersten Impulszähler (10) vorgeschalteten UND-Gvtters (ί6) an dem im Ruhezustand ein Signal tragenden Ausgang der monostabilen Kippstufe (19) und der zweite Eingang des dem zweiten Impulszähler (13) vorgeschalteten UND-Gatters (17) an den dazu inversen Ausgang der monostabilen Kipr.stufe angeschlossen ist.

3. Strahlenmonitor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Dosisleistungs-Frequenz-Wandlers (9) zur .Null-Punktunterdrückung mit einer Vorspannung beaufsohlagbar ist.

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