DE2361155C2 - Vorrichtung zum Positionieren eines ersten Gegenstandes in bezug auf einen zweiten Gegenstand - Google Patents
Vorrichtung zum Positionieren eines ersten Gegenstandes in bezug auf einen zweiten GegenstandInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Positionieren eines ersten Gegenstandes
in bezug auf einen zweiten Gegenstand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Anordnung sowie ein gattungsgemäßes Verfahren ist bereits aus der US-PS 32 07 904
bekannt.
Die aus der US-PS 32 07 904 bekannte Anordnung, von der die Erfindung ausgeht, bestrahlt mittels einer
Lichtquelle ein Target. Das vom Target reflektierte Licht wird über eine Optik auf eine Maske abgebildet.
Entsprechend reflektierenden und nicht reflektierenden Bereichen des Targets hat die Abbildung des Targets
auf der Maske helle und dunkle Bereiche. Hinter der Maske befinden sich vier optische Aufnehmer bzw.
Lichtfühler, die jeweils die LicLianenge messen, die
durch Fenster in der Maske hindurcLiritt. Die Größe der Lichtmenge ist davon abhängig, welcher Anteil des
im Maskenfenster abgebildeten Targets reflektierend bzw. nicht reflektierend ist. Bei geeigneter Wahl des
Targttmusters, vorzugsweise bei Verwendung von zwei zueinander beabstandeten reflektierenden Bereichen
gleicher Größe als Target, läßt sich aus Verknüpfungsfunktionen der vier Ausgangssignele der vier Lichtfühler
ein Steuersignal zum Festlegen der Lage des Targets und damit des zweiten Gegenstandes bezüglich der
Lichtfühler und damit des ersten Gegenstandes ableiten.
Die bekannte Anordnung kann nur dann funktionsgerecht arbeiten, wenn das Target mittels der Optik
scharf auf die Maske abgebildet wird. Eine scharfe Einstellung ist jedoch nur dann möglich, wenn der
Abstand des zweiten Gegenstandes und damit des Targets zum Brennpunkt der Optik und damit die Z-Distanz
bekannt ist. Ein erster Nachteil der bekannten Anordnung liegt also darin, daß sie nur zur Ausrichtung
von solchen Gegenständen verwendet werden kann, deren Größe in Richtung der Z-Achse (parallel zur
optischen Achse der Optik) jeweils gleich ist.
Durch die Optik wird nur ein Bereich de-s zweiten
Gegenstandes in der Größenordnung der erzielbaren Festlegungs- bzw. Ausrichtegenauigkeit in X- und Y-Richtung
abgebildet. Durch diesen systembedingt sehr kleinen abgebildeten Bereich des zweiten Gegenstandes
ist es in der Praxis unmöglich, durch einen automatischen Suchvorgang längs der X- und V-Achse das Target
in den Abbildungsbereich hineinzubewegen, um daraufhin die automatische Justierung vorzunehmen.
Ein zweiter Nachteil der bekannten Anordnung besteht also darin, daß sie nur dann zur Festlegung der Lagebeziehung
zweier Gegenstände geeignet ist. wenn sich die auszurichtenden Gegenstände schon annähernd in der
endgültig einzustellenden Lage befinden.
Der Erfindu; g liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Anordnung zum Festlegen einer Lage eines Gegenstandes in bezug auf einen zweiten Gegenstand zu schaffen,
die möglichst vielseitig eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs
durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs gelöst.
Durch Abtastung des zweiten Gegenstandes mit
ZJ Ol IJJ
einem konzentrisch gemusterten Lichtbündel mit einer vom Mittelpunkt zu den Außenbereichen hin sich
ändernden Lichtintensität wird ein relativ großer Bereich des zweiten Gegenstandes gleichzeitig erfaßt.
Das reflektierende Target, dessen Abmessung in direkter Weise die Meßgenauigkeit der Lagebeziehung
beeinflußt, kann sehr klein gewählt werden, da die Intensität des reflektierten Lichtbündels erfindungsgemäß nicht von der beschienenen Targetfläche, sondern
von der örtlichen Intensität des vom Target reflektierten Teiles des Lichtbündels abhängt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die Anordnung die jeweilige
relative Lage der Gegenstände in der AY-Ebene unabhängig von der Lage in der Z-Achse festlegt. is
Darüberhinaus ist die Anordnung sehr gut dazu geeignet, ein zunächst außerhalb des durch das Lichtbündel erfaßten Bereichs liegendes Target in einem
automatischen Suchprozeß in den erfaßten Bereich zu bewegen, da der erfaßte Bereich durch die konzentrische Aufspreizung des Lichtstrahles trotz kleiner
Targetabmessungen sehr groß ist.
Aus der US-PS 37 49 830 ist eine weitere Anordnung zum Festlegen einer Lage eines Gegenstandes in bezug
auf einen anderen Gegenstand bekannt. Die Anordnung arbeitet mit einer Videokamera, die den zweiten
Gegenstand zeilenweise abtastet. Das Bildsignal der Videokamera weist bei der periodischen Abtastung des
Bildbereiches Intensitätsschwankungen auf, die den Helligkeitsschwankungen der abgebildeten Bildpunkte
entsprechen. Aus der zeitlichen Verschiebung zwischen dem Abtast-Synchronisations-Puls und dem Auftreten
der Intensitätsschwankung läßt sich die örtliche Lage des mit der Kamera abgebildeten Gegenstandes festlegen. Hierfür ist jedoch ein enormer technischer Auf-
wand erforderlich. Ein anderer Nachteil dieses Systems besteht darin, daß es nur bei vorgegebener Z-Distanz
des zweiten Gegenstandes funktionsfähig ist, da auch eine Videokamera nur bei Scharfeinstellung der Optik
brauchbare Signale erzeugt.
Aus der DE-PS 7 58 543 ist eine lichtelektrische Steuereinrichtung bekannt. Sie dient zur Steuerung von
Biege- und Torsionsprüfmaschinen. Für die allgemeine Festlegung einer Lage eines ersten Gegenstandes in
bezug auf einen zweiten Gegenstand ist sie nicht geeignet.
Bevorzugte Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbei-
spiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Bestrahlungsquelle und eines beweglichen, den Patienten aufnehmenden Bettes, bei dem ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung Anwendung finden kann,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils einer erfindungsgemäßen Lageeinstell-Anordnung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung weiterer Bestandteile der in Fig. 2 dargestellten Lageeinstell-Anordnung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Lageeinstell-Anordnung gemäß
der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 eine schematische Anordnung einer anderen Ausführungsform der Lageeinstell-Anordnung gemäß
der vorliegenden Erfindung,
ringes, der in Zusammenhang mit der Hestruhlungsquelle benutzt werden kann, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist,
Fig. 7 eine Aufsicht des Führungsringes cntUing der
Linie 7-7 von Fig. 6,
Fig. 8 einen Querschnitt von einem Teil des Führungsringes, wie er in Fig. 6 und 7 dargestellt ist, entlang der Schnittlinie 8-8 von Fig. 7,
Fig. 9 der Querschnitt einer Anordnung, um Teile der Lage-Einstellanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung an die Bestrahlungsquelle anzubringen,
Fig. 10 die perspektivische Ansicht mit einem Teilschnitt von der Verbindungsanordnung, entlang der
Schnittlinie 10-10 von Fig. 9.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Anordnung nach der vorliegenden Erfindung gezeigt, nämlich eine
Vorrichtung, um einen Patienten bezüglich eines Strahlungsbündels in eine bestimmte Lage zu bringen.
Das Strahlungsbündel wird von einer hierzu üblicherweise benuizien Süäiiiüfigsqücüe geliefert, etwa von
einem Elektronenbeschleuniger 10, der auf dem Prinzip der magnetischen Induktion arbeitet, und der in Fig. 1
dargestellt ist. Der Beschleuniger 10 weist einen Arm 12 auf, der einen Kopf 14 trägt, von dem aus die Strahlung
ausgesendet wird. Der Arm 12 ist auf einer Bogenlinie mit der Trommel 16 beweglich, so daß der Strahl auf
einen bestimmten Neigungswinkel eingestellt werden kann. Der Kopf 14 ist drehbar angebracht, was ebenfalls dazj beiträgt, das Strahlungsbündel in geeigneter
Weise auszurichten.
Der Patient wird auf das Bett 20 gelegt, das im Strahlengang steht. Das Bett 20 weist eine Liegefläche
22 auf, die den Patienten trägt. Dte Liegefläche 20 ist in drei zueinander senkrecht stehenden Achsen beweglich,
die hier als A"-Achse, Y-Achse und Z-Achse bezeichnet
wird. Wie in Fig. 1 dargestellt, wird die Hin- und Rückbewegung der Liegefläche 22 vor der Trommel 16
als Bewegung entlang einer .Y-Achse angesehen. Die Bewegung der Liegefläche 22 auf die Trommel 6 zu und
von ihr weg, wird als Bewegung entlang der V-Achse bezeichnet, und die Bewegung der Liegefläche 22 nach
oben und unten wird als Bewegung entlang der Z-Achse angesehen. Zur Vereinfachung der nachfolgenden
Erläuterungen wird den Bewegungsrichtungen entlang den Achsen eine Kennzeichnung gegeben, und zwar die
Bezeichnungen + und — Richtungen. Beispielsweise kann die Bewegung der Liegefläche 22 entlang der Y-Achse auf die Trommel 16 zu als in der + Richtung der
Y-Achse bezeichnet werden, während die Bewegung der Liegefläche 22 von der Trommel 16 weg die — Richtung der Y-Achse ist.
Das Bett 20 hat motorgetriebene Räder 24, um das Bett entlang der X-Achse vorwärts und rückwärts zu
bewegen. Die Liegefläche 22 kann auf dem Bett 22 auf parallel zur Y-Achse liegenden Gleitschienen 26 angebracht werden. Die Bewegung der Liegefläche wird
durch einen mit einem Elektromotor betriebenen Schraubenspindel-Mechanismus 28 bewirkt. Die Gleitschienen 26 sind auf dem Bett 20 durch eine motorgetriebene Schraubspindel 30 in vertikaler Richtung
bewegbar, um die Liegefläche 22 entlang der Z-Achse auf und ab zu bewegen. Die elektrischen Motorantnebe
werden über ein Zuführungskabel 32 gespeist.
Es ist eine Lichtquelle 40 vorgesehen, um einen Strahl konzentrisch auftreffenden Lichtes zu erzeugen,
dessen Lichtintensität vorn Mittelpunkt nach außen hin variiert. Diese Lichtquelle kann am Kopf 14 angebracht
werden, um einen Lichtstrahl allgemein entlang dem
Strahlungsverlauf der Strahlung zu werfen. Beispielsweise ist der Lichtstrahl 42 am intensivsten in der Mitte
44 und am wenigsten intensiv an der Peripherie 46, wie dies im einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist. Das erste
Lichtbündel 42 kann aber auch am intensivsten an der Peripherie und am wenigsten intensiv in der Mitte sein.
Der dazwischen liegende Bereich 48 zwischen der Mitte 44 urd der Peripherie 46 weist eine graduell abnehmende
Intensität auf. Das Lichtmuster im Zwischenbereich kann in vorbestimmter Weise verändert werden,
da der Bereich radial durchlaufen wird. Beispielsweise kann sich das Licht über den Bereich 48 hinweg gleichförmig
oder logarithmisch ändern.
Die Lichtquelle 40 kann einen Laser 50 oder andere geeignete Quellen für eine Strahlungsenergie aufweisen,
beispielsweise für sichtbares oder infrarotes Licht.
Der Ausdruck »Licht« wird in der Beschreibung und in den Ansprüchen in dem Sinne benutzt, als darin alle
Eeeieneten Strahlungsenergie-Arten enthalten sind. bas"durch den Laser 50 erzeugte Licht wird durch eine
Streulinse 52 hindurchgelenkt, die das erste Lichtbündel 42 entlang der Achse 43 erzeugt, der eine in einem
konzentrischen Muster angeordnete, sich ändernde Lichtintensität aufweist. Das Licht von der Linse 52
geht durch die Rückschicht eines Zweiweg-Spiegels 54 hindurch, der in bezug auf die Projektion des Lichtes in
einem Winkel von 45° angeordnet ist.
Wie nachfolgend noch beschrieben werden wird, wird Licht entlang der Achse 43 zurückreflektiert, während
der Patient in der Bestrahlungslage ist. Das reflektierte Lic't wird durch den Zweiweg-Spiegel 54 aufgefangen
und auf einen zweiten Spiegel 56 reflektiert. Das reflektierte Bild geht durch eine Sammellinse 58 hindurch und
trifft auf eine fotoelektrische Zelle 60" auf. Die fotoelektrische Zelle 60 erzeugt ein elektrisches Signal im
Leiter 63, das der Intensität des reflektierenden Lichtes proportional ist.
Ein reflektierendes erstes Target 7ü wird auf die Haut des Patienten an einer Stelle angebracht, die bestrahlt
wird (vergl. Fig. 3). Dieses Target besteht typischerweise aus einem kleinen Stück von einem zurückreflektierenden
Band, das das einfallende Licht, das auf dieses Target fällt, entlang der Achse des einfallenden
Lichtes zurückreflektiert.
Die fotoelektrische Zelle 60 ist über die Leitung 63 mit einer Steueranordnung 72 verbunden, die zwischen
die fotoelektrische Zelle und die Antriebsmittel für das Bett 20 eingesetzt ist. Wie in Fig. 3 dargestellt, weist
die Steueranordnung 72 einen .Y-Achsen-Steuerkreis 74 und einen K-Achsen-Steuerkreis 76 auf. Der A-Achsen-Steuerkreis
74 und der Y-Achsen-Steuerkreis 76 weist praktisch denselben Aufbau auf, und es reicht daher
aus, nur den A'-Achsen-Steuerkreis 74 im einzelnen zu beschreiben. Der A'-Achsen-Steuerkreis 74 enthält
einen Verstärker 78. Der Verstärker 78 kann ein Differentialverstärker sein, der in Abhängigkeit des Signalunterschiedes
der Signale arbeitet, die an die zwei Eingangsklemmen gelegt werden. Die fotoelektrische Zelle
60 ist mit einer Eingangsklemme des Differentialverstärkers 78 über die Leitungen 63 und 62 sowie über den
Widerstand 80 verbunden. Der obere Kondensatoranschluß 82 ist mit der anderen Eingangsklemme des
Differentialverstärkers 78 über den Widerstand 84 verbunden. Der untere Anschluß des Kondensators 82 ist
geerdet. Eine Diode 86 liegt zwischen den Eingängen des Verstärkers 78. Die Diode ist derart gepolt, daß die
Spannung von der Zuleitung 62 auf den Kondensator 82 eelanet. Der Leiter 88 stellt den Ausgang des Differentialverstärkers
78 dar. Die Emitter-Kollektorstreckc des Transistors 90 ist zum Kondensator 82 parallel
geschaltet. Die Basis des Transistors 90 wird durch das Ausgangssignal der Leitung 88 über den Widerstand 92
und die Kapazität 94 vorgespannt.
Wie im weiteren noch beschrieben werden wird, wird das in Impulsform vorliegende Ausgangssignal auf der
Leitung 88 dem Eingang eines komplementierenden Flip-Flops 96 gelegt. Die Stell- und Rückstell-Ausgänge
ίο des Flip-Flops 96 erzeugen das Ausgangssignal des X-Achsen-Steuerkreises
74. Der Stell- oder »ß«-Ausgang des Flip-Flops 96 ist über die Leitung 97 und das Versorgungskabel
32 mit den Antriebsmitteln für die Räder 24 verbunden, um das Bett 20 in positiver Richtung entlang
der Α-Achse zu bewegen. Der Rückstell- oder »Ö«-Ausgang des Flip-Flops 96 ist über den Leiter 77
und die Versorgungsleitung 32 mit den Antriebsmitteln für die Räder 24 verbunden, um das Bett in negativer
Richtung entlang der Α-Achse zu bewegen. Die Leiter 97 und 99 gehen durch einen von einem Zeitgeber
schaltbaren Schalter 101 hindurch.
Der Y-Achsen-Steuerkreis 76 ist in gleicher Weise wie der V-Achsen-Steuerkreis 74 aufgebaut. Das Signal
in den Leitungen 63 und 64 wird dem Eingang des Differentialverstärkers 98 zugeführt. Der Ausgang des
Differentialverstärkers 98 ist mit einem komplementierenden Flip-Flop 100 verbunden. Der Stell-Ausgang des
Flip-Flop 100 ist mit den Antriebsmitteln für die Liegefläche 22 verbunden, um die Liegefläche in positiver
Richtung entlang der Y-Achse zu bewegen. Diese Verbindung wird über den Leiter 103 und die Versorgungsleitung
32 hergestellt. Der Rückstell-Ausgang des Flip-Flops 100 ist über den Leiter 105 und die Versorgungsleitung
32 mit den Antriebsmitteln für die Liegefläche 22 verbunden, um die Liegefläche 22 in negativer Richtung
entlang der y-Achse zu bewegen. Die Leitungen 103 und 105 laufen durch einen von einem Zeitgeber
schaitbarcn Schalter 107.
Aus Gründen, die im weiteren noch beschrieben werden, sind der A-Achsen-Steuerschaltkreis 74 und der X-Achsen-Steuerschaltkreis
76 über ein Paar Zeitgebe; miteinander verbunden. Der Ausgangsleiter 88 des Differentialverstärkers
78 ist mit dem Eingang des Zeitgebers 102 über eine Leitung 104 verbunden. Der Ausgang
des Zeitgebers 132 betätigt den Schalter 101. Die Betriebsweise des Zeitgebers 102 ist folgende: Wenn ein
Impuls auf der Leitung 68 dem Eingang cfes Zeitgebers
102 zugeführt wird, schließt der Zeitgeber den Schalter 101 und hält ihn geschlossen, bis wenigstens drei Pulse
so innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls im Leiter 88 auftreten. Wenn diese drei Impulse auftreten, öffnet
Jer Zeitgeber 102 den Schalter 101. Der Ausgang des Zeitgebers 102 ist auch mit dem Schalter 107 im Y-Achsen-Steuerkreis
76 über einen Leiter 106 verbunden. Wenn der Zeitgeber 102 den Schalter 101 öffnet,
schließt er den Schalter 107, Diese Wirkung macht die Y-Achsen-Steuerschaltung 76 betriebsbereit.
Die Y-Achsen-Steuerschaltung 76 hat einen Zeitgeber 112, die dem Zeitgeber 102 von der A-Achsen-Steuerschaltung
74 gleich ist. Der Zeitgeber 112 betätigt den Schalter 107, der zwischen den Leitern 103 und
angeordnet ist. Darüber hinaus ist der Ausgang des Zeitgebers 112 über die Leitung 111 mit der Strahlungsquelle
10 verbunden, um die Abstrahlung des Strahlungsbündels von dieser Quelle zu steuern.
Die vorliegende Erfindung arbeitet auf folgende Weise: Das reflektierende erste Target 70 ist auf dem
Patienten an einer Stelle angebracht, die bestrahlt wird.
Ol LDD
Dies kann beispielsweise der Körper sein, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Der Patient wird dann auf die
Liegefläche 22 gelegt. Dies kann an einem von der Strahlungsquelle 12 entfernten Ort geschehen. Die
Lichtquelle 50 wird angeschaltet, um entlang der Achse s des Strahlungsbündels das mit unterschiedlicher Lichtintensität konzentrisch gemusterte erste Lichtbündel 42
zu liefern.
Der Technifejr bedient den Antrieb für die Räder 24,
um das Bett in den Lichtstrahl zu führen, wobei der Patient auf der Liegefläche 23 liegt. Zu diesem Zweck
können die Antriebsmittel vorprogrammiert sein, so daß das Bett 20 in eine festgelegte Stellung gebracht
wird, beispielsweise in den Mittelpunkt des Behandlungsbereichs. Dies wird den Patienten in den das erste is
Lichtbündel 42 aus konzentrisch gemustertem Licht bringen.
Wenn diese Bewegung abgeschlossen ist, wird die Steueranordnung 72 in den Betriebszustand gebracht.
Im anfänglichen Betriebszustand kann angenommen werden, daß ein Signal in der Leitung 97 durch den
geschlossenen Schalter 101 vom Stell-Ausgang des Flip-Flop 96 vom /V-Achsen-Steuerkreis 74 gelangt. Die
Antriebsmittel für die Räder 24 bewegen das Bett 20 in die positive A"-Achsen-Richtung. Am Leiter 88 tritt kein
Signal auf, so daß der Zeitgeber 101 nicht betätigt wird. Der Schalter 107 ist offen. Es tritt weder am Leiter 103
notn am Leiter 105 von der A'-Achsen-Steuerschaltung
79 ein Signal auf, so daß der V-Achsen-Steuerkreis 76 nicht im Betriebszustand ist. Wenn der Patient im
ersten Lichtbündel 42 liegt, wird durch das erste Target 70 eine Reflektion der Lichtquelle 40 verursacht. Diese
Reflektion trifft auf die Spiegel 54 und 56 auf und führt Licht zur fotoelektrischen Zelle 60. Die fotoelektrische
Zelle 60 erzeugt in den Leitern 63 und 62 ein Signal, das proportional zur Intensität des Lichts ist, das auf das
erste Target 70 auffällt. Das Signal in der Leitung 62 wird über den Widerstand 80 dem einen Eingang des
Verstärkers 78 zugeführt. Das Signal wird weiterhin über die Diode 86 dem Ladungskondensator 82 zugeleitet. Solange wie das Antriebsmittel das Bett 20 in einer
Richtung bewegt, die dazu führt, daß das Signal im Leiter 62 kontinuierlich ansteigt, d. h. daß das Bett 20
sich auf die gewünschte Stellung hinbewegt, solange wird das Signal über dem Widerstand 80 immer das
Signal übersteigen, das über den Widerstand 84 aufgrund des Kondensators 82 auftritt. Die Ausgangsbedingungen des Operationsverstärkers 78 ändern sich
nicht, und der Antrieb 24 bewegt sich weiterhin in der gleichen Richtung, d. h. in der positiven Richtung ent- so
lang der X-Achse.
Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird das reflektierte Licht vom ersten Target 70 ein Maximum erreichen und
wird in der Intensität danach abnehmen. Das Signal am Widerstand 80 wird kleiner als das Signal am Widerstand 84. Dies führt zu einem Ausgangssignal, das an
der Leitung 88 des Operationsverstärkers 78 auftritt. Das Signal in der Leitung 88, das an den Flip-Flop 96
angelegt wird, liefert dem Rückstell-Ausgang des Flip-Flops ein Signal und entfernt ein Signal vom Stell-
Ausgang des Flip-Flops. Dies bewirkt, daß die Antriebsanordnung in umgekehrter Richtung arbeitet
und das Bett 20 in negativer Richtung entlang der X-Achse versetzt.
Das Ausgangssignal im Leiter 88 schaltet den Transi- κ
stör 90 ein, entlädt den Kondensator 82 und nimmt das Signal vom Widerstand 84 und vom Eingang des Differentialverstärkers 78 weg. Das Signal am Widerstand 80
wird wieder größer als das Signal am Widerstand 84, wobei das Ausf angssignal des Differentialverstärkers 78
auf dem Leiter 88 nicht mehr auftritt. Das Ausgangssignal auf dem Leiter 88 liegt daher in Form eines Impulses vor.
Da das Bett 20 in negativer Richtung entlang der X-Achse angetrieben wird, wird zu einer bestimmten Zeit
das reflektierte Licht vom ersten Target 70 auf ein Maximum ansteigen. Das Signal auf der Leitung 63 lädt
den Kondensator 82 auf, bleibt aber größer als die Kondensatorspannung, wobei die Kondensatorspannung vom Differentialverstärker 78 abgehalten wird
und ein Ausgangssignal am Leiter 88 nicht auftreten kann. Wenn das reflektierte Licht vom ersten Target 70
durch die Spitze hindurchgegangen ist und in der Intensität abnimmt, wird der Differentialverstärker 78 - wie
dies zuvor beschrieben wurde - betätigt und erzeugt einen weiteren Impuls auf der Leitung 88, der die
Bewegungsrichtung des Bettes 20 umkehrt.
Der zuvor beschriebene Verlauf setzi sich ίυΐί, bis
drei Impulse vom Differentialverstärker 78 in einer vorbestimmten Zeitdauer dem Zeitgeber 102 zugeführt
werden, was anzeigt, daß das erste Target 70 und damit der Patient in die Nähe der gewünschten Lage gebracht
ist. Wenn dies eintritt, öffnet der Zeitgeber 102 den Schalter 101 und schließt den Schalter 107. Dieser Vorgang bringt die Bewegung des Bettes 20 entlang der
ΛΓ-Achse zum Halten und setzt den Betrieb der Y-Achsen-Steuerschaltung 76 in Gang, um das Bett 20
entlang der V-Achse zu bewegen. In analoger Weise wie dies in Zusammenhang mit der .Y-Achsen-Steuerschaltung 74 beschrieben wurde, bewegt der V-Achsen-Steuerkreis 76 die Liegefläche 22 auf das Maximum des
ersten Lichtbündels 42 zu. Wenn drei Impulse vom Differentialverstärker 98 geliefert werden, bewirkt der
Zeitgeber 112 das Öffnen des Schalters 107 und setzt die Steuereinrichtung 72 außer Betrieb. An diesem Punkt
kennen die Steuermittel 72 ein Signa! in der Leitung 111 erzeugen, die zur Strahlungsquelle 12 führt, um damit
zu beginnen, den Patienten der Strahlung auszusetzen.
Wenn nicht anderweitige Störungen auftreten, bleibt das Bett 20 in der Stellung, in der es durch Jie Steueranordnung 72 gebracht wurde. Sollte sich der Patient und
damit auch das erste Target 70 bewegen, so tritt der gleiche Verfahrensablauf ein, wie er zuvor im Zusammenhang mit der erstmaligen Ausrichtung des Patienten
beschrieben wurde, um den Patienten in die gewünschte Lage bezüglich des Strahlungsbündels zurück zu
bringen.
Die Steuerung der Bewegung der Liegefläche 22 in der Z-Achse kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Da der Lichtpegel des mit unterschiedlicher Intensität reflektierten Lichtes, das auf die fotoelektrische
Zelle 60 auftrifft, im allgemeinen dem Abstand des ersten Targets 70 von der fotoelektrischen Zelle umgekehrt proportional ist, kann der Pegel des reflektierten
Lichtes dazu benutzt werden, um die Bewegung der Liegefläche 22 entlang der Z-Achse zu steuern. Zu
diesem Zwecke ist ein Z-Achsen-Steuerkreis 120 in der Steueranordnung 72 enthalten. Der Z-Achsen-Steuerkreis 120 enthält einen Regelverstärker 122. Einem
Eingang des Regelverstärkers 122 wird das Signal von der fotoelektrischen Zelle 60 über die Leitungen 63 und
124 zugeführt. Am anderen Eingang liegt ein von einem Regelwiderstand 126 erzeugtes Bezugssignal, wobei der
Regelwiderstand 126 von einer Batterie 128 gespeist wird. Der Regelwiderstnd 126 ist so eingestellt, daß ein
Bezugssignal an den Regelverstärker 122 gelangt, das in
ό".ΐ Größe gki-h dem Signal ist, das im Leiter 124 durch
den l.icht-Intcnsitätspegel erzeugt wird und der gewünschten Lage der Liegefläche 22 entlang der Z-Achse
entspricht. Das Eingangssignal läuft vor Erreichen des Kegelverstärkers 122 durch einen vom Zeitgeber
betätigten Schalter 125, der über die Leitung 127 mit dem Zeitgeber 112 in Verbindung steht. Die Ausgänge
des Regelverstärkers 122 sind über die Leitungen
130 und 130' mit den Antriebsmitteln für die Schraubenspindel 30 am Bett 20 verbunden, um die Liegefläehe
22 entlang der Z-Achse nach oben und unten zu bewegen. Ein von einem Pegel abhängiger Schalter 129
ist in den Leitungen 130 und 130' eingeschaltet, um im Ausgangssignal des Regelverstärkers 122 eine Null-Lage
festzustellen. Der Schalter 129 ist über die Leitung
131 mit aer Quelle 10 für das Strahlungsbündel verbunden.
Beim Betrieb wirkt der Regelverstärker 122 derart, daß er die Lage der Liegefläche 22 entlang der Z-Achse
in eine bestimmte Position einstellt, nachdem die Y-Achscn-Koptiollschaltung
76 nicht mehr in Betrieb ist. Diese Einstellung wird mittels der Bezugs- und Rückkoppelsignale
erreicht, die über den Regelwiderstand 126 und die Leitung 124 dem Regelverstärker 122 zugeführt
wird. Wenn die Y-Achsen-Kontrollschaltung 76 ihren Betrieb eingestellt hat, schließt der Zeitgeber 112
den Schalter 125, wodurch das Rückkoppelsignal in der Leitung 124 und das Bezugssignal vom Regelwiderstand
126 dem Regelverstärker 122 zugeführt wird. Bei diesem Vorgang ist das Signal in der Leitung 124 kleiner als
das Bczugssignal, das vom Rcgelwiderstand 126 geliefert
wird. Vom Regelverstärker 122 wird in der Leitung 130 ein Signal erzeugt, das den Antriebsmitteln für die
Spindelschraube 30 zugeführt wird, um die Liegefläche 22 entlang der Z-Achse in die positive oder Aufwärtsrichtung
zu bewegen, solange das Signal in der Leitung 124 ansteigt.
Wenn die Signalgröße in der Leitung 124 dem Signal gleich wird, das dem Regelverstärker 122 vom Regeiwiderstand
126 geliefert wird, liegt nicht mehr das Ausgangssignal an der Leitung 130 an, und die Bewegung
der Liegefläche 22 entlang der Z-Achse in positiver Richtung hört auf. Der Schalter 129 wird derart
bedient, daß er ein Signal über die Leitung 131 der Quelle 10 für das Strahlungsbündel liefert, um von da
an den Patienten der Strahlung auszusetzen.
Bei diesem Vorgang ist das Signal in der Leitung 124 größer als das vom Regelwiderstand 126 gelieferte
Bezugssignal. In der Leitung 130' wird in diesem Falle
ein Signal vom Regelverstärker 122 erzeugt, um die Antriebsmittel für die Schraubenspindel 30 dahingehend
in Bewegung zu setzen, daß die Liegefläche 22 entlang der Z-Achse in negativer oder Abwärtsrichtung
bewegt wird, wenn das Signal in der Leitung 124 abnimmt. Wenn dab Signal in der Leitung 124 bezüglich ss
der Amplitude dem Signal gleich ist, das vom Regelwiderstand 126 dem Regelverstärker 122 geliefert wird,
tritt kein Signal mehr an der Leitung 132 auf und der Schalter 129 wird betätigt.
Es ist weiterhin möglich, eine zweite Lichtquelle 132, die in gleicher Weise aufgebaut und in einer waagerechten
Ebene angeordnet ist, neben dem Patienten anzuordnen und ein zweites Target 134 beispielsweise seitlich
am Patienten anzubringen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Die Lichtquelle für den zweiten Lichtstrahl 132
kann mit einem Z-Achsen-Steuerkreis 136 verbunden sein, der wie der X-Achsen-Steuerkreis 74 oder der Y-Achsen-Steuerkreis
76 aufgebaut ist, um die Lage der Liegefläche 22 auf der Z-Achse zu steuern.
Die Lage der Liegefläche 22 auf der Z-Achse kajn
auch dazu benutzt werden, eine Parallaxe zu korrigieren, die zwischen der Lichtquelle 40 und dem am Kopf
14 austretenden Strahlungsbündel auftritt.
Während die zuvor gemachten Ausführungen der Erfindung beschreiben, wie die Lage der 1 .iegeflüche 22
auf eine bestimmte Stelle entlang der drei zueinander senkrecht stehenden geradlinigen Achsen eingestellt
wird, sei festgestellt, daß die Winkellage der Liegefläche 22 entlang der drei Achsen auch eingestellt werden
kann. Zu diesem Zwecke ist das Antriebssystem für die Liegefläche 22 mit einer Anordnung versehen, um die
Liegefläche um jede dieser drei Achsen zu drehen. Um die Betätigung dieser Teile des Antriebssystems zu steuern,
werden - wie dies in Fi g. 5 dargestellt ist - zusätzliche Lichtquellen benutzt. In Fig. S ist die Einstellung
der Winkellage der Liegefläche 22 in Drehbewegung um die .Y-Achse dargestellt und es wird - wie zuvor
auch - eine positive und eine negative Drehrichtung aus Gründen der einfacheren Erklärung eingerührt.
Ein Targetpaar 140 und 142 ist an jeder Seite des Körpers des Patienten angebracht. Zwei Lichtquellen
144 und 146 sind jeweils an jeder Seite der Liegefläche 22 gestellt und zu den Targets 140 und 142 ausgerichtet,
wenn der Patient auf der Liegefläche 22 in die gewünschte Lage gebracht ist. Die Lichtquellen 144 und
146 sind mit einem Steuerschaltkreis 148 verbunden, der den gleichen Aufbau zeigt wie die Steueranordnungen
72 von Fig. 3. Die Steuerschaltung 148 ist mit den Antriebseinrichtungen für die A'-Achsen-Winkellage
der Liegefläche 22 verbunden, um die positive und negative Winkellage der Liegefläche in der gleichen
Weise zu steuern, wie dies zur Steuerung der geradlinigen Einstellung der Liegefläche 22 mittels der Steueranordnung
72 durchgeführt wird Eine Drehbewegung kann auf die Liegefläche 22 übertragen werden,
dadurch, daß ein Paar voneinander unabhängig bewegbarer Spindeischrauben 30 an jede der Gieitschienen 26
angebracht ist, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist.
Sollte der Patient auf der Liegefläche 22 insbesondere
seinen Körper hin und her rollen, so werden sich die Targets 140 und 142 aus der Ausrichtung mit den Lichtquellen
144 und 146 bewegen. Die dadurch erzeugten Änderungen der Ausgangssignale an den Lkrtquellen
144 und 146 bewirken, daß die Steuerschaltung 148 die Liegefläche 22 dreht, und die Targets 140 und 142 in
Ausrichtung zu den Lichtquellen 144 und 146 zurück bringt, wodurch auch der Patient bezüglich des Bestrahlungsbündels
in die Ausgangslage zurückgebracht wird. Gleiche Anordnungen und Schaltungen können vorgesehen
sein, um die Winkelbewegung der Liegefläche 22 um die X- und Z-Achsen zu steuern.
Um den Patienten zusätzlich genau auszurichten, ist es ebenfalls notwendig, das Bestrahlungsbündel genau
einzustellen, um dem Patienten den optimalen therapeutischen Nutzen zukommen zu lassen, während unerwünschte
Nebenwirkungen möglichst klein gehalten werden sollen. Aus diesem Grunde ist eine Anordnung
am Kopf 14 vorgesehen, um an der Einstellung des Strahlungsbündels mitzuwirken. Wie in Fig. 7 dargestellt,
kann ein auf einem Aufsatz 151 angebrachter Blei-Kompensierungsblock 150 in den Strahlengang der
Strahlung eingesetzt werden, die vom Kopf 114 ausgesandt wird. Der Block 150 kann keilförmig sein oder
eine andere geeignete Form aufweisen. Ein Ring 152 ist
beispielsweise mit dem Bolzen 156 auf dem Kopf 14 nahe der Öffnung 154 angeschraubt, durch dje der
13 14 I
unter Federspannung stehende und auf dem Ring 152 I^
befestigte Platte dient dazu, den Aufsatz 151 für den
Fig. 8). Eine Halteplatte 160 halten das andere Ende 5
des Aufsatzes 151 kn Ring 152 (vgl. Fig. 7). Der Aufsatz 151 für den Konipensierungsblock kann vom Ring
152 entfernt werden und durch Niederdrücken der unter
einer Federspannung stehenden Platte 158 wieder
eingesetzt werden, wodurch der alte Kompensierungs- io
block-Aufsatz herausrutscht und der neue Kompensierungsblock-Aufsatz hereinrutscht, und wodurch die
unter Federspannung stehende Platte 158 ihre durch die
Federwirkung vorgespannte Lage wieder einnehmen
kann. 15
Der Ring 152 kann mit einer Anordnung versehen
werden, um die Lichtquelle 40 am Kopf 14 schnell und
genau anbringen zu können, so daß das Einsteliungs-
den Erfindung benutzt werden kann. Zu diesem 20 jj
170 um die Kreisoberfläche herum ausgestattet (vgl. |
174, der in den Schlitz 170 hineinragt. Der mittlere Teil f
des Klemmsockelteils 172 ist entfernt, wodurch eine 23 ί
radiale Bewegung entlang dieses Klemmsockelteils 174. 30 f
fläche 180, die mit der abgeschrägten Oberfläche 176 in i
der nachfolgend beschriebenen Weise zusammenwirkt. b
vorgesehen, um das Feststellglied 178 radial zu bewe- 35 j-
gen. Eine derartige Anordnung kann eine Nocke 182 §
enthalten, die im Klemmsockeiteil 174 drehbar ange- |
bracht ist. Die Nocke 182 steht in Zusammenhang mit §
einem entsprechenden Loch im Feststellglied 178. Die j
um das Feststellglied 178 in die Nut zu bringen. Da das |
haben die abgeschrägten Oberflächen 176 und 180 die \
teil 174 in dem Schlitz 170 verklemmt, wodurch das 45 4
befestigt werden. X
die Erfindung an Ausführungsbeispielen dargestellt und so >
beschrieben wurde, geht hervor, daß verschiedene |
sind, die sämtlich im Rahmen des Erfindungsgedankens ;
liegen. Dementsprechend sind die nachfolgenden ■'
rungsbeispiele der Erfindung beschränkt.
Claims (1)
- Patentansprüche:1. Vorrichtung zum Positionieren eines eisten Gegenstandes in bezug auf einen zweiten Gegenstand, mit folgenden Merkmalen:Einer mit dem ersten Gegenstand verbundenen ersten Lichtquelle zum Erzeugen eines ersten Lichtbändels,einem am zweiten Gegenstand befestigten ersten reflektierenden Target zum Reflektieren des ersten Lichtbündels,einem ersten Lichtfühler, der das am ersten Target reflektierte Licht aufnimmt und der ein Signal erzeugt, das proportional zu einer Lichtintensität ist, die von der Lage des ersten Targets innerhalb des ersten Lichtbündels abhängt, undeiner auf das erste Lichtbündel-Intensitätssignal ansprechenden Steuereinrichtung zum Feststellen der Lagefeaehung zwischen dem ersten und dem zweiten Gegenstand,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Lichtbündel (42) ein vom Mittelpunkt zu den Außenbereichen hin veränderliches, konzen-Irisch diskret verteiltes Lichtintensitätsniveau aufweist, unddaß das erste reflektierende Target (70) wesentlich kleiner ist als die Abmessung des ersten Lichtbündels (42) an dessen Ort.2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Antriebsmit_l zum Bewegen der beiden Gegenstände relativ zueinander, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel mit dem zweiten Gegenstand verbunden ist.3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß das Antriebsmittel den zweiten Gegenstand in das erste Lichtbündel (42) auf einer Ebene bewegt, die senkrecht zum Lichtbündel (42) liegt.4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,daß das Antriebsmittel den zweiten Gegenstand eni-Iang der zueinander senkrecht stehenden Achsen in einer Ebene bewegt, die senkrecht zum ersten Lichtbündel (42) liegt.5 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,daß das Antriebsmittel den zweiten Gegenstand in einer zum ersten Lichtbündel (42) parallelen Rieh- so tu ng bewegt,wobei die Bewegung die Pegel der Lichtintensitätssignale in Abhängigkeit zur Lage des zweiten Gegenstandes bezüglich der Parallelrichtung ändert, und wobei eine Steuereinrichtung (72) auf die Pegel der Lichtintensitätssignale anspricht, damit das Antriebsmittel den zweiten Gegenstand in eine gewünschte Lage entlang einer Bewegungsrichtung bewegt, die parallel zum Lichtbündel (42) liegt.ft. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durcheine zweite Lichtquelle (132) zur Erzeugung eines zweiten Lichtbündels mit konzentrisch gemusterten Lichtstrahlen mit einer vorbestimmten Ausrichtung bezüglich des ersten Lichtbündels (42), durch die genannten Antriebsmittel, die weiterhin Einrichtungen enthalten, um den zweiten Gegenstand in den zweiten Lichtstrahl (132) zu bewegen, auf einer Ebene, die senkrecht zu diesem zweiten Lichsstrahl (132) liegt,durch ein zweites reflektierendes Target (134) auf dem zweiten Gegenstand, um den zweiten Strahl konzentrisch gemusterten Lichtes zu reflektieren, durch einen zweiten Lichtfühler, der das am zweiten Target (134) reflektierte Licht aufnimmt und ein Signal erzeugt, das der reflektierten Lichtintensität proportional ist, unddurch Steuereinrichtungen, die zwischen dem zweiten Lichtfühler und die Antriebsmittel eingesetzt sind und auf das Lichtintensitätssignal des zweiten Lichtfühlers ansprechen, um über die Antriebsmittel den zweiten Gegenstand derart zu bewegen, daß das zweite Target (134j im Mittelpunkt des zweiten Lichtbündels zu liegen kommt.7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,daß das Antriebsmittel eine Einrichtung besitzt, und eine Winkelbewegung des zweiten Gegenstandes um wenigstens eine Achse ermöglicht, die senkrecht zjim ersten Lichtbündel (42) liegt.8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durchein Lichtquellenpaar (144, 146), das parallele, gegeneinander gerichtete konzentrisch gemusterte Lichtstrahlen erzeugt,durch ein Paar reflektierender Targets (140,142) auf den gegenüberliegenden Seiten des zweiten Gegenstandes, die die Strahlen konzentrisch gemusterten Lichtes reflektieren,durch ein Lichtfühlerpaar, das das an dem Targetpaar (140,142) reflektierte Licht aufnimmt und proportional zu deren Lichtintensität Signale erzeugt, unddurch Steuereinrichtungen, die zwischen die Lichtfühler und das Antriebsmittel gelegt sind, um über die Antriebsmittel den Gegenstand um eine Achse senkrecht zu den Lichtstrahlen zu drehen, derart, daß das Paar der reflektierende*» Targets (140,142) in der Mitte der konzentrisch gemusterten Lichtstrahlen zu liegen kommt.9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,daß das Antriebsmittel eine Drehbewegung des zweiten Gegenstandes um wenigstens eine Achse ermöglicht, die zu den Lichtstrahl-Paaren senkrecht stehen.10. Vorrichtvng nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,daß das Antriebsmittel den zweiten Gegenstand entlang koplanaren, zueinander senkrecht stehenden Achsen bewegt, die senkrecht zum ersten Lichtbündel (42) liegen, unddaß die Steuereinrichtungen Anordnungen enthalten, um den zweiten Gegenstand über die Antriebsmittel entlang des Achsenpaares in der Weise zu bewegen, daß das Target (70) in der Mitte des ersten Lichtbündels (42) zu liegen kommt.11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,daß die Steuereinrichtung derart gebaut ist, daß der zweite Gegenstand entlang einer der Achsen und danach entlang der anderen Achse bewegt wird.12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 11, dadurch gekennzeichnet,daß die Steuereinrichtung eine Anordnung enthält, um ein zum Lichtintensitäts-Signalpegel proportio-23nales Bezugssignal zu erzeugen, das der gewünschten Lage des zweiten Gegenstandes auf einer Bewegungsrichtung entspricht, die parallel dem ersten Lichtbündel (42) ist, unddaß eine Anordnung vorgesehen ist, um das Bezugssignal und den Lichtintensitäts-Signalpegel zu vergleichen und dem Antriebsmittel ein Fehlersignal zuzuführen, so daß der zweite Gegenstand mittels des Antriebsmittels in die gewünschte Lage bewegt wird.13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12. dadurch gekennzeichnet,daß die Steuereinrichtung (72) Anordnungen enthält, die auf die Größe des Lichtfühlersignals vom zweiten Lichtfühler ansprechen, um ein Extremum des Lichtintensitätszustandes zu erfassen und um ein Ausgangsimpulssignal zu erzeugen, und
daß die Steuereinrichtung (72) die auf die Impulse ansprechende Einrichtung zur Betätigung des Antriebsmittels aufweist.14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in Verwendung als Patienten-Ausrichtanordnung zum Festlegen und Aufrechterhalten ei', er Lagebeziehung zwischen einer Bestrahlungsquelle und einem Patienten, der auf einer Liegefläche liegt, dadurch gekennzeichnet,daß das Lichtbündel (42) eine vorbestimmte Ausrichtung bezüglich des Bestrahlungsstrahles hat, daß die Bestrahlungsquelle und die Lichtquelle (40) fest miteinander verbunden sind und
daß der zweite Gegenstand die Liegefläche mit dem Patienten ist. an dem wenigstens ein erstes Target (70) befestigt ist.15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis14. dadurch gekennzeichnet,daß die Einrichtung zum Erfassen des Extremwertes einen Differentialverstärker (78, 100) enthält, der ein Ausgangssignal liefert, das umgekehrt proportional zur relativen Größe der Signale ist, die an ein Paar der Verstärkereingangsklemmen gelegt werdei.,daß einer dieser Eingangsklemmen das Lichtfühlersignal zugeführt wird, und der anderen Eingangsklemme mittels eines Kondensators (82) eine Vorspannung zugeführt wird,daß eine Diode (86) zwischen die Eingangsklemmen geschaltet ist, um den Kondenstor (82) aufzuladen und um einen Eingangssignalzustand relativer Grobe aufrechtzuerhalten, wenn das Lichtfühlersignal die Kondensatorladung übersteigt, und
daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um den Kondensator (82) während eines umgekehrten Eingangssignalzustandes relativer Größe zu entladen, wenn die Kondensatorladung die Signalgröße von der Lichtsignalquelle übersteigt.16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis15. dadurch gekennzeichnet,daß die Steuereinrichtung (72) einen Zeitgeber (102, 112) besitzt, der mit dem Ausgang der Impulssignal-Ausgangsordnung verbunden ist, um die Geschwindigkcit der Ausgangsimpulse abzufühlen, so daß der zweite Gegenstand durch das Antriebsmittel entlang einer der Achsen bewegt wird und nach dem Erfassen einer vorbestimmten Geschwindigkeit der Ausgangsimpulse entlang einer anderen Achse bewegt wird.17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis16. dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gegenstand ein Patient ist, und daß der erste Gegenstand eine Bestrahlungsquelle ist.
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