DE2727354A1

DE2727354A1 - Elektronenbeschleuniger

Info

Publication number: DE2727354A1
Application number: DE19772727354
Authority: DE
Inventors: Leonhard Dipl Phys Taumann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-03-18
Filing date: 1977-06-16
Publication date: 1978-09-21
Also published as: DE2727354C3; GB1601517A; FR2384416B1; FR2384416A1; JPS53117200A; CA1088221A; US4109154A; DE2727354B2; JPS6252280B2

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 3 Unser Zeichen

Berlin und. München VPA 76 P 5902 BRD

Elektronenbeschleuniger

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenbeschleuniger mit einem dem Elektronenstrahl ausgesetzten Target zur Erzeugung von RöntgenbremsStrahlung und mit einem im Röntgenstrahlenkegel zentriert angeordneten nassiven kegelförmigen Ausgleichskörper.

Bei Elektronenbeschleunigern, bei denen durch Abbremsung der Elektronen in einem sog. Target Röntgenbremsstrahlung erzeugt wird, ist es bekannt, die Dosisleistung dadurch in einem vorgegegebenen Raumwinkelbereich der aus dem Target austretenden Röntgenstrahlung auszugleichen, daß man in den interessierenden Teil des Röntgenstrahlenkegels einen Ausgleichskörper einbringt. Dieser Ausgleichskörper hat einen kegelförmigen Aufbau. Sein Höhenlinienverlauf ist dem Verlauf der Strahlungsintensität an seiner Einsatzstelle angepaßt. Da die Dosisleistung hinter dem Target sehr stark mit dem Abstand zum Zentralstrahl abfällt, sind die Flanken des Ausgleichskörpers entsprechend steil und ist die Spitze des Ausgleichskörpers äußerst exakt zum Zentralstrahl zu positionieren.

Bei richtig eingesetztem Ausgleichskörper wird die in der Figur gestrichelt angedeutete Intensitätsverteilung, die der aus dem Target austretende Strahlenkegel sonst in der Patientenebene aufweisen würde, in den ausgezogenen Verlauf der Figur 1 geändert. Der Ausgleichskörper absorbiert die im Zentrum gegenüber den Rändem eines vorgegebenen Strahlenkegels überhöhte Strahlungsintensität. Der Teil des Strahlenkegels, in der die Intensitätsverteilung den ausgezogenen horizontalen Verlauf hat, läßt sich für

Stk 28 Ler / 30.11.1976 809838/0510

-Jt - L{ 76 P 5902 BRD

Bestrahlungszwecke nutzen. Dabei wird es als besonders nachteilig empfunden, daß selbst bei exaktester Positionierung, infame von geringfügigen Schwankungen von Lage und Richtung des aus dem Beschleuniger austretenden Elektronenstrahls, bereits Dejustierungen mit allen negativen Folgen für den Dosisausgleich eintreten.

Um diese Schwierigkeiten beim Justieren des Ausgleichskörpers zu verringern, ist bereits vorgeschlagen worden, den Ausgleichskörper weiter vom Target entfernt in einem Bereich des Strahlenkegels anzuordnen, wo dieser bereits deutlich aufgeweitet ist. Das bringt aber den Nachteil mit sich, daß der Ausgleichskörper dann näher zum Patienten angeordnet ist. Damit ist aber der im Ausgleichskörper unvemeidlich erzeugte Streustrahlenanteil mit seiner Quelle ebenfalls näher zum Patienten hin verlegt. Wegen des quadratisehen Abstandsgesetzes hat das eine erhöhte Strahlenbelastung des Patienten mit einer verhältnismäßig niederenergetischen Strahlenkomponente zur Folge. Außerdem wird durch die Vergrößerung des Abstandes des Ausgleichskörpers vom Target der gesamte Strahlerkopf größer und schwerer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, wie die Dosisleistung im nutzbaren Röntgenstrahlenkegel in einer Weise ausgeglichen werden kann, bei der die Justierung des Ausgleichskörpers zum Zentralstrahl weniger kritisch ist.

Bei einem Elektronenbeschleuniger der eingangs genannten Art verjüngt sich daher erfindungsgemäß der Ausgleichskörper kegelförmig und geht im verjüngten Teil in einen Zylinder über, wobei die im zylindrischen Teil des Ausgleichskörpers gegenüber der rein kegelförmigen Ausführung zusätzlichen Strahlwegstrecken durch das Material des Ausgleichskörpers für jede Strahlenrichtung durch eine in der Basis des Ausgleichskörpers eingelassene, und in ihrer Tiefe örtlich angepaßte Ausnehmung kompensiert ist. Damit wird erreicht, daß das der Strahlenquelle zugewandte Ende des Ausgleichskörpers stumpf und daher wenig empfindlich gegen Justierungsfehler ist. Dagegen sind jene Bereiche mit starken Änderungen der Absorptionswerte in eine senkrecht zur Strahlenrichtung liegenden Ebene mit größeren Abstand vom Fokus und somit in einen Bereich verlegt, in dem der Strählenkegel bereits stärker aufgeweitet ist.

809838/0510

ζ - H - 76 P 5902 BRD

Eine weitere Reduzierung der Genauigkeit, mit der der Ausgleichskörper im Strahlenkegel justiert werden muß, wird erreicht, wenn in Weiterbildung der Erfindung die dem Target zugewandte Stirnfläche des zylindrischen Teils des Ausgleichskörpers an ihren Rändern verrundet ist und der äußere Rand der Ausnehmung an der Basis des Ausgleichskörpers zum Ausgleich der Absorption geringfügig überhöht ist- Dadurch wird die Justierung des Ausgleichskörpers auch für jenen Bereich des Strahlenkegels, der dem Rand der oberen Stirnfläche des zylindrischen Teils entspricht, unkritischer.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm des Intensitätsverlaufes im Strahlenkegel mit und ohne Ausgleichskörper,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines teilweise aufgebrochenen Strahlerkopfes mit dem Target, dem Primärkollimator und dem im Primärkollimator eingesetzten

Ausgleichskörper.

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Ausgleichskörpers

der Figur 1, und
25

Fig. 4 eine andere Art der Anordnung eines Ausgleichskörpers-

Die Figur 2 läßt in anschaulicher Weise die gegenseitigen Zuordnungen des Austrittsfensters 1 des Strahlführungsgefäßes 2, des Targets 3, des Primärkollimators 4, der verstellbaren Blendenplatten 5, 6, 7 und des Ausgleichskörpers 8 im teilweise aufgebrochenen Strahlerkopf 9 erkennen. Das Target 3 ist in Strahlenrichtung unmittelbar hinter dem Austrittsfenster 1 des Strahlführungsgefäßes angeordnet. Es ist in einer Bohrung einer Tragplatte 10 befestigt. In dieser Bohrung befindet sich in Strahlenrichtung unmittelbar hinter dem Target 3 ein Elektronenabsorber für die im Target nicht absorbierten, übriggebliebenden Elektronen. In Strahlenrichtung unmittelbar hinter der Tragplatte 10 für das Target 3 befindet sich der Primärkollimator 4. Seine konische Durchlaß-

809838/0510

27273!>4

• - Jf- 76 P 5902 BRD

öffnung 12 für die Strahlung ist im Durchmesser um einige Millimeter weiter gehalten als der maximal nutzbare Strahlenkegel 13. Sie ist zum Zentralstrahl 14 des Strahlenkegels 13 justiert. In Strahlenrichtung hinter dem Primärkollimator sind die verstellbaren Blendenplatten 5, 6, 7 zur Anpassung der Weite des Strahlenkegels an die jeweiligen therapeutisch geforderten Feldgrößen angeordnet. Zwischen Primärkollimator 4 und verstellbare Blendenplatten 5, 6, 7 ist die Ionisationskammer 16 zur Überwachung des Strahlenaustritts angeordnet. An der dem Target 3 abgewandten Seite des Primärkollimators 4 ist eine Eisenplatte 15 mit dem darauf befestigten Ausgleichskörper 8 angeschraubt.

Dieser Ausgleichskörper 8 ist in der Figur 3 vergrößert dargestellt. Er besteht im wesentlichen aus einem zunehmend spitz zulaufenden, kegelförmigen Körper, dessen oberer, üblicherweise in eine gestrichelt eingezeichnete Spitze, auslaufender Abschnitt durch einen zylindrischen Abschnitt 17 ersetzt ist. Die der Strahlenquelle zugewandten Ränder der Stirnflächen des zylindrischen Abschnittes sind verrundet. An der Basis des Ausgleichskörpers ist eine ringförmige, spitzwinklig in den Ausgleichskörper hineinragende Ausnehmung 18 angeordnet. In der Figur 3 sind mehrere ausgewählte Strahlen 14, 19, 20 des Strahlenkegels mit strichpunktierten Linien eingezeichnet. Aus deren Verlauf läßt sich erkennen, daß die ringförmige Ausnehmung 18 so ausgebildet ist, daß sie jene Wegstrecken, die die divergierend aus dem Target 3 austretenden Röntgenstrahlen im zylindrischen Abschnitt 17 des Ausgleichskörpers 8 gegenüber einem spitz zulaufenden Ausgleichskörper zusätzlich durchlaufen, kompensiert. Dadurch ergibt sich, daß der äußere Rand der ringförmigen Ausnehmung einen Wulst 21 aufweisen muß, um die Verrundung 22 am oberen Rand des zylindrischen Teils auszugleichen.

Bei der Justierung des Ausgleichskörpers 8 ist jene senkrecht zum Zentralstrahl ausgerichtete Ebene 23 von Bedeutung, in der die ringförmige Ausnehmung 18 im Ausgleichskörper 8 spitzwinklig ausläuft. Diese Ebene befindet sich in einem Abstand von der Basis 24 des Ausgleichskörpers, der gleich der Höhe des zylindrischen Abschnitts 17 ist. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels, mit einem zylindrischen Abschnitt, der ein Drittel

809838/0510

- £- - "* 76 P 5902 BiID

der gesamten Höhe des Ausgleichskorpers umfaßt, ist sie um zwei Drittel der Höhe des Ausgleichskorpers vom Target 3 weiter entfernt, als bei einem herkömmlichen, spitzwinklig zulaufenden Ausgleichskörper. In dieser Ebene 23 ist der Strahlenkegel 13 bereits stärker aufgeweitet, so daß die Justierung im selben Maße unkritischer ist.

Die Figur 4 zeigt eine andere Lösung für das gleiche Problem. Im aufgebrochenen Strahlerkopf 25 erkennt man das Austrittsfenster 26 des Strahlführungsgefäßes 27, das dem Elektronenstrahl 28 ausgesetzte, in einer Tragplatte 29 eingelassene Target 30 und den in Strahlenrichtung hinter dem Target 30 angeordneten Primärkollimator 31 mit den verstellbaren Blendenplatten 32, 33, 34 und der Ionisationskammer 35. Hier wird der sonst in weitgehend vorbekannter Weise ausgeführte Ausgleichskörper 36 bei sonst gleicher Ausbildung des Strahlerkopfes 25 auf den Kopf gestellt, d.h. mit vom Target 30 abgewandter Spitze 37 in der Durchlaßöffnung 38 des Primärkollinators 31 eingebaut. Dadurch wird die kritische Justierebene 39 im Bereich der Spitze 37 des Ausgleichskorpers 36, ohne Verschiebung des Ausgleichskorpers, um die volle Höhe des Ausgleichskörpers weiter vom Target 30 entfernt. Bei dieser Anordnung sollte ein spitzer Ausgleichskörper 36 ohne in der Basis eingefräste Ringnut verwendet werden. Wegen der Drehung des Ausgleichskörpers um 180° und wegen der Divergenz der Strahlung sind alle Flanken des Ausgleichskorpers 36 um den zweifachen Winkel der Strahlendivergenz steiler zu halten. Für die Befestigung des Ausgleichskorpers 36 im Material des Primärkollimators 31 ist die kegelförmige Durchlaßöffnung 38 im mittleren Bereich des Primärkoilimators zylindrisch ausgedreht und in ihrem oberen Abschnitt mit einer Ringnut 40 größeren Durchmessers versehen. Diese Ringnut ist somit in einer Ebene senkrecht zur Symmetrieachse des Primärkollimators 31, die mit dem Zentralstrahl 28 übereinstimmt,angeordnet. In ihr sind jeweils um 120° versetzte, konisch über Schraubengewinde 41 (nur eines dargestellt) verstellbare Spannbacken 42, 43 angeordnet. Zwischen diesen Spannbacken kann die mit der Basis des Ausgleichskorpers 36 verbundene Tragplatte 44 eingespannt werden. Dabei ist der Rand 45 der Tragpltte in Richtung auf die Spitze des Ausgleichskorpers hin in einen Winkel von 45° konisch abgeschrägt. Die Klemmflächen der Spannbacken 42, 43 sind dieser Neigung angepaßt.

809838/0510

Claims

2/27354

76 P 5902 BRD

Patentansprüche

M· ■ Elektronenbeschleuniger mit einem dem Elektronenstrahl ausgesetzten Target zur Erzeugung von Röntgenbremsstrahlung und mit einem im Röntgenstrahlenkegel zentriert angeordneten massiven kegelförmigen Ausgleichskörper, dadurch g e kennzeichnet, daß sich der Ausgleichskörper (8) kegelförmig verjüngt, im verjüngten Teil in einen Zylinder übergeht und die im zylindrischen Teil (17) des Ausgleichskörpers gegenüber der rein kegelförmigen Ausführung zusätzlichen Strahlwegstrecken durch das Material des Ausgleichskörpers für jede Strahlenrichtung durch eine in der Basis (24) des Ausgleichskörpers eingelassene und in ihrer Tiefe örtlich angepaßte Ausnehmung (18) kompensiert ist.
2. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Target (3) zugewandte Stirnfläche des zylindrischen Teils (17) des Ausgleichskörpers (8) an ihren Rändern (22) verrundet ist und der äußere Rand (21) der Ausnehmung (18) an der Basis (24) des Ausgleichskörpers zum Ausgleich der Absorption geringfügig überhöht ist.
3. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der zylindrische Teil (17) über etwa ein Drittel der Ausgleichskörperhöhe erstreckt.
4. Elektronenbeschleuniger mit einem dem Elektronenstrahl ausgesetzten Target zur Erzeugung von Röntgenbremsstrahlung und mit einem im Röntgenstrahlenkegel zentriert angeordneten kegelförmigen Ausgleichskörper, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich spitzwinklig verjüngender, kegelförmiger Ausgleichskörper (36) in der kegelförmigen Durchlaßöffnung (38) des Primärkollimators (31) angeordnet ist, wobei die Spitze (37) des Ausgleichskörpers vom Target (30) abgewandt und die Basis des Ausgleichskörpers dem Target zugewandt und in eine entsprechend angepaßte Ringnut (40) des Primärkbllimators eingespannt ist.
5. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichskörper (8, 36) aus rostfreiem Stahl gefertigt ist.

809838/0510

ORIGINAL INSPECTED

- ?- -2, 76 P 5902 BRD
6. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelförmige Teil des Ausgleichskörpers (8, 36) mehrere Abschnitte mit unterschiedlicher Flankenneigung aufweist, wobei diese mit zunehmendem Abstand von der Basis (24) steiler sind.

809838/0510